Otsingutulemuste kitsendamiseks saate oma päringut täpsustada, määrates otsitavad väljad. Väljade loend on esitatud ülal. Näiteks:
Saate korraga otsida mitmelt väljalt:
Loogilised operaatorid
Vaikeoperaator on JA.
Operaator JA tähendab, et dokument peab ühtima kõigi rühma elementidega:
teadusarendus
Operaator VÕI tähendab, et dokument peab vastama ühele rühmas olevatest väärtustest:
Uuring VÕI arengut
Operaator MITTE välistab seda elementi sisaldavad dokumendid:
Uuring MITTE arengut
Otsingu tüüp
Päringu kirjutamisel saate määrata meetodi, mille abil fraasi otsitakse. Toetatud on neli meetodit: otsing morfoloogiat arvesse võttes, ilma morfoloogiata, eesliidete otsing, fraaside otsing.
Vaikimisi tehakse otsing morfoloogiat arvesse võttes.
Ilma morfoloogiata otsimiseks pange fraasis olevate sõnade ette "dollari" märk:
$ Uuring $ arengut
Prefiksi otsimiseks peate päringu järele lisama tärni:
Uuring *
Fraasi otsimiseks peate lisama päringu jutumärkidesse:
" teadus-ja arendustegevus "
Otsi sünonüümide järgi
Sõna sünonüümide lisamiseks otsingutulemustesse peate lisama räsi " #
" enne sõna või sulgudes olevat väljendit.
Ühele sõnale rakendades leitakse sellele kuni kolm sünonüümi.
Sulgudes olevale avaldisele rakendades lisatakse igale sõnale sünonüüm, kui see leitakse.
Ei ühildu morfoloogiavaba otsinguga, eesliiteotsinguga ega fraasiotsinguga.
# Uuring
Rühmitamine
Otsingufraaside rühmitamiseks peate kasutama sulgusid. See võimaldab teil kontrollida päringu Boole'i loogikat.
Näiteks peate esitama taotluse: otsige üles dokumendid, mille autor on Ivanov või Petrov ja pealkiri sisaldab sõnu uurimine või arendus:
Ligikaudne sõnaotsing
Ligikaudseks otsinguks peate panema tilde " ~ " fraasist pärit sõna lõpus. Näiteks:
broomi ~
Otsides leitakse sõnu nagu "broom", "rumm", "tööstuslik" jne.
Lisaks saate määrata maksimaalse võimalike muudatuste arvu: 0, 1 või 2. Näiteks:
broomi ~1
Vaikimisi on lubatud 2 muudatust.
Läheduse kriteerium
Läheduskriteeriumi järgi otsimiseks peate panema tilde " ~ " fraasi lõpus. Näiteks dokumentide leidmiseks sõnadega teadus- ja arendustegevus kahe sõna piires kasutage järgmist päringut:
" teadusarendus "~2
Väljendite asjakohasus
Üksikute väljendite asjakohasuse muutmiseks otsingus kasutage märki " ^
" väljendi lõpus, millele järgneb selle väljendi asjakohasuse tase teiste suhtes.
Mida kõrgem on tase, seda asjakohasem on väljend.
Näiteks selles väljendis on sõna "uuringud" neli korda asjakohasem kui sõna "arendus":
Uuring ^4 arengut
Vaikimisi on tase 1. Kehtivad väärtused on positiivne reaalarv.
Otsige intervalli jooksul
Intervalli näitamiseks, milles välja väärtus peaks asuma, peaksite märkima sulgudes olevad piiriväärtused, eraldades need operaatoriga TO.
Teostatakse leksikograafiline sorteerimine.
Selline päring tagastab tulemused, mille autor algab Ivanovist ja lõpeb Petroviga, kuid Ivanovit ja Petrovit tulemusse ei kaasata.
Väärtuse lisamiseks vahemikku kasutage nurksulge. Väärtuse välistamiseks kasutage lokkis sulgusid.
Ärakiri
1 Moskva Riikliku Peenkeemiatehnoloogia Akadeemia föderaalne haridusagentuur. M.V.Lomonosova orgaanilise keemia osakond Borisova E.Ya., Kolobova T.P., Borisova N.Yu. ELU KEEMILISED ALUSED (1. osa) Õppejuhend
2 LBC UDC Borisova E.Ya., Kolobova T.P., Borisova N.Yu. Elu keemilised alused Õpik M. MITHT im. M.V. Lomonosov, 2007 Kinnitatud Moskva Keemiatehnoloogia Instituudi raamatukogu ja kirjastuskomisjoni poolt. M.V. Lomonosov õppevahendiks. Pos. 129 /2007 Käesolev õpik on täiendus olemasolevatele elu keemiliste aluste ja biokeemia õpikutele. See kajastab 4. kursuse üliõpilastele erialadel “Biokeemia alused” ja “Elu keemilised alused” peetud loengute käiku. See kajastab biokeemia arengu hetkeseisu ja võtab arvesse selle õpetamise ülesandeid bakalaureuseõppe jaoks. Biokeemia alused on kohustuslik distsipliin bakalaureuseõppe valdkondades "Keemiatehnoloogia ja biotehnoloogia" ning bakalaureusekraad "Keemia" ning oluline lüli keemia põhidistsipliinide süsteemis, mis pakuvad tulevasele spetsialistile erialast ettevalmistust. Käsiraamatu põhieesmärk on süstemaatiliste teadmiste arendamine valkude, nukleiinhapete, süsivesikute, lipiidide ja bioloogiliselt aktiivsete ühendite struktuuri, keemiliste omaduste ja ainevahetuse kohta. Retsensent: dotsent, Ph.D. Kharitonova O.V. MITHT im. M. V. Lomonosova,
3 SISUKORD lk 1. Sissejuhatus. Elusaine molekulaarloogika Elusaine iseloomulikud tunnused Ainevahetus. Ainevahetus. Kataboolsed ja anaboolsed ainevahetusteed Elusorganismide klassifikatsioon Energiaallikad ja selle muundumine elusrakus Rakkude tüübid Raku põhielemendid ja nende roll organismide elus Rakkude kasv ja jagunemine Valgud Aminohapped -aminohapete klassifikatsioon -Aminohapete füüsikalised omadused Aminohapete süntees Ratseemiliste -aminohapete eraldamine Keemilised omadused -aminohapped Peptiidid, valgud Peptiidide süntees Polüpeptiidide ja valkude ruumiline struktuur Peptiidirühma struktuur Algstruktuur Koostis ja aminohapete järjestus valk Valgu tertsiaarne struktuur Valgu kvaternaarne struktuur Valkude klassifikatsioon Valkude füüsikalis-keemilised omadused 77 3
4 1. ELUSAINE MOLEKULAARLOOGIKA 1.1. Elusaine eripärad Elu mõiste all peab enamik teadlasi silmas keeruliste süsteemide eksisteerimise protsessi, mis koosnevad suurtest orgaanilistest molekulidest, mis on võimelised isepaljunema ja säilitama oma olemasolu energia ja aine vahetamise tulemusena keskkonnaga. . Kõik elusorganismid on üles ehitatud molekulidest. Kui neid molekule isoleerida ja isoleeritud olekus uurida, selgub, et nad järgivad kõiki füüsikalisi ja keemilisi seadusi, mis määravad elutu aine käitumise. Elusorganismidel on aga ebatavalised omadused, mis puuduvad elutu aine kuhjumisel: 1. Elutu keskkond (muld, vesi, kivimid) kujutab endast tavaliselt suhteliselt lihtsate keemiliste ühendite korrastamata segusid, mida iseloomustab väga nõrgalt väljendunud struktuurne organiseeritus. Elusorganismide jaoks on struktuur keeruline ja organiseerituse kõrge tase. 2. Igal elusorganismi komponendil on eriline eesmärk ja see täidab rangelt määratletud funktsiooni. See kehtib mitte ainult rakusiseste struktuuride (näiteks tuum või rakumembraan), vaid ka raku üksikute keemiliste komponentide - lipiidide, valkude ja nukleiinhapete kohta. Seetõttu on elusorganismide puhul iga molekuli funktsiooni küsimus üsna asjakohane. Samas oleks selline küsimus elutuid aineid moodustavate molekulide suhtes kohatu ja lihtsalt mõttetu. 3. Elusorganismide oluliseks tunnuseks on võime keskkonnast ammutada ja muundada energiat, mis kulub elusolenditele iseloomuliku keeruka ehitusliku korralduse ülesehitamiseks ja säilitamiseks ning toorainena kasutatakse lihtsaid lähtematerjale. Elusal ainel ei ole samasugust võimet kasutada välist energiat oma struktuuri säilitamiseks. Seevastu kui elutu süsteem neelab välist energiat, näiteks valgust või soojust, läheb see tavaliselt vähem korrastatud olekusse. 4. Elusorganismide silmatorkavaim omadus on nende võime end täpselt taastoota, s.t. tootmisse 4 jooksul
5 mitut põlvkonda vorme, mis on massilt, suuruselt ja sisestruktuurilt sarnased. Oma keemilise koostise poolest erinevad elusorganismid suuresti keskkonnast, kus nad elavad. Maa biomassi moodustavatest elusorganismidest on avastatud üle 60 keemilise elemendi. Nende hulgas eristatakse tavapäraselt elementide rühma, mida leidub mis tahes organismi koostises, sõltumata viimase liigist ja organiseerituse tasemest. Nende hulka kuuluvad C, N, H, S, P, Na, K, Ca, Mg, Zn, Fe, Mn, Cu, Co, Mo, B, V, I ja Cl. Esimesed kuus elementi, mida nimetatakse organogeenideks, mängivad biosüsteemides erakordset rolli, kuna nendest ehitatakse üles olulisemad ühendid, mis moodustavad elusaine, valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, lipiidid jne. need elemendid on inimkehas 97,3%. Neist: C 21,0; H 9,7; O 62,4; N 3,1; P 0,95 ja S 0,16%. Elus aines on need elemendid palju vähem levinud. Atmosfääris ja maakoores leidub neid vaid lihtsate, stabiilsete ja energiavaeste anorgaaniliste ühenditena, nagu süsinikdioksiid, molekulaarne lämmastik, karbonaadid ja nitraadid. Järgmist kümmet elementi nimetatakse "elumetallideks", need on väga olulised biopolümeeride struktuuri ja funktsionaalse aktiivsuse säilitamiseks. Nende osakaal organismis moodustab 2,4%. Kõik elusorganismide "elumetallid" esinevad vabade katioonide kujul või on kompleksi moodustavad ioonid, mis on seotud bioligandidega. Vabade katioonide kujul leidub ainult naatriumi ja kaaliumi, kaltsiumi ja magneesiumi katioone leidub nii vabas kui ka seotud olekus (komplekside või vees lahustumatute ühendite kujul). Ülejäänud "elumetallide" katioonid on peamiselt osa keha biokompleksidest, mille stabiilsus on väga erinev. Ülejäänud biomassis leiduvaid elemente eluslooduses nii süstemaatiliselt ei leidu ning nende bioloogiline tähtsus pole paljudel juhtudel veel välja selgitatud. Organogeenid mängivad elunähtustes olulist rolli eriliste omaduste kompleksi tõttu. Organogeene iseloomustab nende moodustatavate keemiliste sidemete erakordne mitmekesisus, mis määrab elusorganismide biomolekulide mitmekesisuse. Selle tulemusena ületab süsinik näiteks räni ainulaadsete omadustega ühendite arvu ja mitmekesisuse poolest. Teiseks omaduseks on see, et nimetatud elementide aatomid, olles väikese suurusega, moodustavad suhteliselt tihedaid molekule, mille aatomitevahelised vahekaugused on minimaalsed. Sellised molekulid on teatud kemikaalide toimele vastupidavamad 5
6 agenti. Ja lõpuks, kolmas kvaliteet on omane peamiselt P-le ja S-le ning ainult vähesel määral N-le ning taandub nende elementide põhjal spetsiifiliste ühendite tekkele, mille lagunemisel vabaneb suurem hulk kasutatud energiat. elutähtsate protsesside jaoks. Lõpuks moodustavad organogeenid peamiselt vees lahustuvaid ühendeid, mis aitab kaasa nende kontsentratsioonile elusorganismides, mis sisaldavad üle 60% vett. Elusaine kvantitatiivse sisalduse järgi jagunevad elemendid kolme kategooriasse: makroelemendid, mille kontsentratsioon ületab 0,001% (C, H, Ca, N, P, S, Mg, Na, Cl, Fe), mikroelemendid, mille osakaal jääb vahemikku 0,001–0,% (Mn, Zn, Cu, B, Mo, Co ja paljud teised) ning ultramikroelemendid, mille sisaldus ei ületa 0,% (Hg, Au, U, Ra jne. ). Makroelementidest sisaldab biomass enim O, C, N ja Ca. Neist ainult O ja Ca on maapõues laialdaselt esindatud. Paljusid litosfääris märkimisväärses koguses sisalduvaid elemente (Si, Al, Fe jne) leidub orgaanilises maailmas suhteliselt väikeses kontsentratsioonis. Makroelementide põhiülesanne on kudede ülesehitamine ja osmootse, vee-elektrolüütide, happe-aluse, redoks- ja metalli-ligandi homöostaasi säilitamine, st keha normaalse konstantse sisemise seisundi säilitamine. Mikroelemendid on osa ensüümidest, hormoonidest, vitamiinidest ja teistest bioloogiliselt aktiivsetest ühenditest, peamiselt kompleksi moodustavate ainete või ainevahetuse aktivaatoritena. Mikroelemendid jagunevad kudede ja elundite vahel ebaühtlaselt. Enamik mikroelemente leidub maksimaalses kontsentratsioonis maksakoes, seega peetakse maksa mikroelementide depooks. Mõnel mikroelemendil on teatud kudede suhtes eriline afiinsus. Näiteks on suurenenud joodisisaldus kilpnäärmes, fluorisisaldus hambaemailis, tsink kõhunäärmes, molübdeen neerudes, baarium võrkkestas, strontsium luudes ning mangaani, broomi, kroomi sisaldus hüpofüüsis. . Mikroelementide kvantitatiivne sisaldus inimkehas on allutatud olulistele kõikumistele ja sõltub paljudest tingimustest: vanus, sugu, aasta- ja kellaaeg, töötingimused jne. Muutused mikroelementide jaotuses kehakudede vahel võivad olla diagnostiliseks testiks ja konkreetse haiguse prognoosimiseks ning neid saab kasutada ka kohtumeditsiinis. Organismis toimuvate füsioloogiliste protsesside normaalse kulgemise ajal säilib teatud kudede küllastatuse tase mikroelementidega, s.o. mikroelementide homöostaas. Hoolduses 6
7 Hormoonid on seotud mikroelementide optimaalse tasemega organismis. Sellest tasemest madalamal või kõrgemal mikrotoitainete tasemetel on inimeste tervisele tõsised tagajärjed. Elusorganismide elementaarse koostise ja keskkonna vahel on teatud seosed, mis viitavad elava ja eluta looduse ühtsusele. Näiteks need elemendid, mis moodustavad kergesti vees lahustuvaid ja gaasilisi ühendeid, moodustavad suurema osa biosfäärist (C, N, P, S), kuigi nende sisaldus maakoores on suhteliselt väike. Elemendid, mis ei tooda vees lahustuvaid ühendeid, on anorgaanilises looduses laialt levinud ja neid leidub organismides väikestes kogustes (Si, Fe, Al). Elementide bioloogilise rolli ja nende koha vahel Mendelejevi perioodilises süsteemis on kindlaks tehtud teatav seos: keemiliste elementide kvantitatiivne sisaldus kehas on pöördvõrdeline nende seerianumbritega. Orgaaniline maailm on üles ehitatud peamiselt valguselementidest. Valdav enamus juhtudest, liikudes samas alarühmas kergetelt elementidelt rasketele, suureneb elementide toksilisus ja paralleelselt väheneb nende sisaldus elusorganismides (Zn, Cd, Hg). Mõne alarühma elemendid asendavad üksteist bioloogilistes objektides (Ca, Sr, Ba). Seega on otsustav tähtsus teatud keemiliste elementide kasutamisel organismide poolt seotud nende kättesaadavusega keskkonnas olevatele organismidele, aga ka organismide võimega neid valikuliselt omastada ja kontsentreerida. Keemia seisukohalt taandub elementide loomulik valik nende elementide valikule, mis on ühelt poolt võimelised moodustama piisavalt tugevaid, teiselt poolt aga labiilseid keemilisi sidemeid. Nagu eespool juba mainitud, leidub viimastes mitmesuguste keemiliste ühendite kujul arvukalt elusainet moodustavaid makro- ja mikroelemente. Enamik elusorganismide keemilisi komponente on orgaanilised ühendid, milles süsinik ja lämmastik on hüdrogeenitud kujul. Kõik orgaanilised biomolekulid pärinevad lõppkokkuvõttes väga lihtsatest madala molekulmassiga prekursoritest, mis on saadud väliskeskkonnast, nimelt CO 2 -st, veest ja õhulämmastikust. Need prekursorid muundatakse järjestikku vaheproduktide seeria kaudu kasvava molekulmassiga biomolekulideks, mis täidavad ehitusplokkide rolli, s.t. keskmise molekulmassiga orgaanilisteks ühenditeks. 7
8 Seejärel on need ehitusplokid omavahel seotud kovalentsete sidemetega, moodustades suhteliselt suure molekulmassiga makromolekule. Näiteks aminohapped on ehitusplokid, millest valgud moodustuvad; Mononukleotiidid toimivad nukleiinhapete ehitusplokkidena, monosahhariidid on polüsahhariidide ehitusplokid ja rasvhapped on enamiku lipiidide ehitusplokid. Vähestel lihtsatel molekulidel, mis toimivad makromolekulide ehitusplokkidena, on veel üks tähelepanuväärne omadus. Kõik nad täidavad rakkudes tavaliselt mitmeid funktsioone. Seega ei toimi aminohapped mitte ainult valgumolekulide ehitusplokkidena, vaid ka hormoonide, alkaloidide, porfiinide, pigmentide ja paljude teiste biomolekulide eelkäijatena ning mononukleotiide ei kasutata mitte ainult nukleiinhapete ehitusplokkidena, vaid ka koensüümide ja energiana. säilitusained. Seetõttu näib tõenäoline, et ehitusplokkidena toimivad biomolekulid valiti evolutsiooni käigus välja nende võime järgi täita rohkem kui ühte funktsiooni. Elusorganismid ei sisalda tavaliselt mittetoimivaid ühendeid, kuigi leidub biomolekule, mille ülesanded on siiani teadmata. Järgmisel, kõrgemal organiseerituse tasemel ühinevad erinevatesse rühmadesse kuuluvad makromolekulid omavahel, moodustades supramolekulaarseid komplekse. Näiteks lipoproteiinid on lipiidide ja valkude kompleksid või ribosoomid nukleiinhapete ja valkude kompleksid. Supramolekulaarsetes kompleksides ei seostu koosnevad makromolekulid üksteisega kovalentsete sidemete abil; neid "hoiavad koos" ioonsete interaktsioonide, vesiniksidemete, hüdrofoobsete vastasmõjude ja van der Waltzi jõudude nõrgad mittekovalentsed jõud. Makromolekulide mittekovalentne sidumine supramolekulaarseteks kompleksideks on aga kompleksi üksikute osade hoolika geomeetrilise “sobivuse” või komplementaarsuse tõttu väga spetsiifiline ja reeglina väga stabiilne. Rakustruktuuri hierarhia kõrgeimal organiseerituse tasemel ühendatakse mitmesugused supramolekulaarsed kompleksid organellideks (tuumadeks, mitokondriteks, kloroplastideks) või muudeks kehadeks ja inklusioonideks (lüsosoomid, mikrokehad ja vakuoolid). On kindlaks tehtud, et kõigi nende struktuuride erinevad komponendid on samuti kombineeritud peamiselt mittekovalentsete interaktsioonide kaudu. Kõigist makromolekulidest on elusorganismides kõige levinumad valgud ja see kehtib igat tüüpi rakkude kohta. Selgus, et kõiki nelja peamist bioloogiliste makromolekuli tüüpi leidub erinevates 8
9 rakku ligikaudu samas proportsioonis, välja arvatud elusorganismide "elutud" osad - eksoskelett, luu mineraalsed komponendid, rakuvälised struktuurid (juuksed, suled), aga ka inertsed varuained, nagu tärklis ja rasv. Samuti osutusid identseteks nelja põhiklassi biomakromolekulide funktsioonid kõigis rakkudes. Seega on nukleiinhapete universaalseks funktsiooniks geneetilise informatsiooni talletamine ja edastamine. Valgud on geneetilist teavet sisaldavate geenide otsesed tooted, aga ka "elluviijad". Enamik valke on varustatud spetsiifilise katalüütilise aktiivsusega ja toimivad ensüümidena; ülejäänud valgud toimivad struktuurielementidena. Polüsahhariidid täidavad kahte peamist funktsiooni. Mõned neist (näiteks tärklis) toimivad vormina, milles hoitakse raku eluks vajalikku "kütust", teised (näiteks tselluloos) moodustavad rakuväliseid struktuurikomponente. Mis puutub lipiididesse, siis need toimivad esiteks membraanide peamiste struktuurikomponentidena ja teiseks energiarikka "kütuse" varuvormina. Kõigest öeldust selgub, et vaatamata raku molekulaarse korralduse kogu keerukusele iseloomustab seda esialgne lihtsus, kuna selle tuhanded erinevad makromolekulid on üles ehitatud mõnda tüüpi lihtsatest ehitusploki molekulidest. On ilmne, et igat tüüpi organismide püsivus säilib ainulaadse nukleiinhapete ja valkude komplekti olemasolu tõttu. Ehitusplokkideks olevate molekulide funktsionaalse mitmekesisuse all peitub molekulaarmajanduse põhimõte. Tõenäoliselt sisaldavad elusrakud kõige lihtsamate molekulide tüüpe, mis on piisavad, et tagada neile iseloomulik eksistentsivorm teatud keskkonnatingimustes, s.t. liigispetsiifilisus. Peamised elusorganisme moodustavad ühendiliigid on: valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, lipiidid (rasvad ja rasvataolised ained), vesi, mineraalsoolad. Lisaks neile leiti organismides vähesel määral süsivesinikke, alkohole, karboksüülhappeid, ketohappeid, aminohappeid, amiine, aldehüüde, ketoone ja muid ühendeid. Mõne looma-, taime- ja mikroorganismiliigi puhul kogunevad sellised ained märkimisväärses koguses ja võivad toimida süstemaatilise tunnusena. Eeterlikke õlisid, alkaloide ja tanniine leiti ainult taimedes. Ainevahetuse reguleerimiseks on kõigis elusorganismides väikestes kogustes hormoone, ensüüme, vitamiine ja antibiootikume. Paljud 9 mainitud
10 ühendit omavad võimsat füsioloogilist toimet ja toimivad eluprotsesside kiirendajate või aeglustajatena. Mõnikord kombineeritakse neid bioloogiliselt aktiivsete ühendite nimetuse all, kuigi keemiliselt on need väga mitmekesised. Organisme moodustavate ühendite hulgas on tavaks eristada plastilisi ja energeetseid aineid. Plastained toimivad ehitusmaterjalina rakusiseste struktuuride, rakkude ja kudede moodustamisel. Need on peamiselt valgud, nukleiinhapped, teatud tüüpi lipiidid ja suure molekulmassiga süsivesikud. Energiaained toimivad eluprotsesside energiatarnijatena. Nende hulka kuuluvad madala molekulmassiga (süsivesikud) ja mõned suure molekulmassiga (glükogeen, tärklis) süsivesikud ja teatud lipiidide rühmad (peamiselt rasvad) AINEVAHETUS. AINEVAHETUS. Ainevahetuse kataboolsed ja anaboolsed rajad Eluprotsessis toimuvate ainete muundumiste kogumit, mis peegeldab organismi suhet väliskeskkonnaga, nimetatakse ainevahetuseks ehk ainevahetuseks. Ainevahetus on paljude, omavahel tihedalt seotud biokeemiliste protsesside (oksüdatsioon, redutseerimine, lagunemine, molekulide ühendamine, rühmade molekulidevaheline ülekandmine jne) kompleksne kogum, mis ühendab kõigi bioloogiliselt aktiivsete looduslike ühendite klasside esindajad ühtsesse süsteemi. Ainevahetus on väga integreeritud ja sihipärane protsess, mis hõlmab mitmeid multiensüümsüsteeme. Juhtroll nendes transformatsioonides kuulub valkudele. Tänu ensüümvalkude katalüütilisele funktsioonile viiakse läbi lagunemis- ja biosünteesiprotsessid. Nukleiinhapete abil luuakse olulisemate biopolümeeride biosünteesis liigispetsiifilisus. Süsivesikute ja lipiidide ainevahetuse tulemusena uuenevad pidevalt keemiliste muundumise universaalse energiadoonori ATP (adenosiintrifosfaadi) varud (joonis 1.1). Taimede ja loomade rakkudes, kudedes ja elundites ainevahetuse käigus tekkivaid aineid nimetatakse metaboliitideks. Metaboliidid on organismis leiduvad looduslikud ained. Loodusliku ja sünteetilise päritoluga aineid, mis on struktuurilt lähedased metaboliitidele ja konkureerivad nendega biokeemilistes protsessides, nimetatakse antimetaboliidideks. 10
11 H 2 N N N N N CH 2 --P--P--P-H H H H H H H Joonis 1.1. Adenosiintrifosforhape (ATP) Metabolism täidab nelja spetsiifilist funktsiooni: a) energia ammutamine keskkonnast (orgaaniliste ainete keemilise energia kujul või päikesevalgusest saadava energia kujul); b) eksogeensete ainete muutmine “ehituskivideks”, s.o. raku makromolekulaarsete komponentide prekursorid; c) nendest ehitusplokkidest valkude, nukleiinhapete, rasvade ja muude rakuliste komponentide kokkupanek; d) nende biomolekulide hävitamine, mis on "töötanud" ja ei ole enam vajalikud antud raku erinevate spetsiifiliste funktsioonide täitmiseks. Biokeemiliste transformatsioonide vastastikune seos ja vastastikune sõltuvus, võimalikud üleminekud ühest orgaaniliste ühendite klassist teise on ainevahetusele iseloomulikud tunnused. Biokeemiliste protsesside üldine kulg organismis, mida reguleerivad sisemised ja välised tegurid, on ühtne lahutamatu tervik ning keha on isereguleeruv süsteem, mis säilitab oma olemasolu ainevahetuse kaudu. Elusraku ainevahetus (ainevahetus) koosneb peamiselt kahest reaktsioonivoost: kataboolsest ja anaboolsest. Metaboolsete reaktsioonide järjestused on kõigil elusvormidel sarnased. Kataboolsed rajad (katabolism) on lagunemise ja dissimilatsiooni protsessid. See on suhteliselt suurte toidumolekulide (süsivesikud, rasvad ja valgud) ensümaatiline lagundamine, mis toimub peamiselt oksüdatsioonireaktsioonide kaudu. Oksüdatsiooni käigus lagunevad suured molekulid väiksemateks molekulideks. Sel juhul vabaneb vaba energia, mis salvestatakse energia kujul adenosiintrifosfaadi (ATP) fosfaatsidemetest. Salvestatud energiat saab seejärel kasutada eluprotsessides. Enamiku toitainete katabolism hõlmab kolme peamist etappi. Esimeses etapis jagatakse suure molekulmassiga komponendid nende moodustavateks ehitusplokkideks. Valgud lagundatakse näiteks aminohapeteks, polüsahhariidid heksoosideks või pentoosideks, lipiidid rasvhapeteks, glütsüriiniks ja muudeks komponentideks. üksteist
12 Teises etapis (vahevahetuse algstaadium) muundatakse suur hulk esimeses etapis tekkinud tooteid lihtsamateks molekulideks, mille tüüpide arv on suhteliselt väike. Seega muundatakse heksoosid, pentoosid ja glütserool hävitamisel esmalt glütseraldehüüd-3-fosfaadiks ja seejärel jagunevad atsetüülrühmaks, mis on osa koensüümist atsetüülkoensüüm A (atsetüülkoa), mis on mittevalk. katalüüsi eest vastutava kompleksse ensüümi komponent. NH 2 CH 3 -C-S-(CH 2 CH 2 NH-C) 2 -CH-C-CH 2 -(-P) 2 -CH 2 H CH 3 CH 3 Atsetüülkoensüüm A H H H P H N N H H H H Kakskümmend erinevat aminohapet on samuti antud vaid mõne lõpp-produkti, nimelt atsetüül-coa, -ketoglutaar-, merevaik-, fumaar- ja oksaloäädikhape, lagunemine. Kolmandas etapis (vahevahetuse lõppfaas) oksüdeeritakse teises etapis tekkinud saadused süsihappegaasiks ja veeks. Anaboolsed rajad (anabolism) on sünteesi- ja assimilatsiooniprotsessid. See on suhteliselt suurte rakukomponentide (näiteks polüsahhariidide, nukleiinhapete, valkude või rasvade) ensümaatiline süntees lihtsatest lähteainetest. Kuna anaboolsed protsessid põhjustavad molekulide suuruse suurenemist ja nende struktuuri komplitseerimist, on need protsessid seotud entroopia vähenemisega ja vaba energia tarbimisega, mis tarnitakse energia kujul. ATP fosfaatsidemed. Anabolism koosneb samuti kolmest etapist ning katabolismi kolmandas etapis moodustunud ühendid on anabolismi protsessi lähteaineteks. See tähendab, et katabolismi kolmas etapp on samal ajal anabolismi esimene, algstaadium. Näiteks valkude süntees algab selles etapis -ketohapetega, mis on -aminohapete eelkäijad. Anabolismi teises etapis amiinitakse ketohapped teiste aminohapetega organismi jaoks vajalikeks aminohapeteks ja kolmandas etapis N N 12.
Viimases 13 etapis ühinevad aminohapped peptiidahelateks, mis koosnevad suurest hulgast erinevatest aminohapetest. Katabolismi ja anabolismi teed ei ole tavaliselt samad. Näiteks on teada, et glükogeeni lagunemise protsessis piimhappeks osaleb 12 ensüümi, millest igaüks katalüüsib selle protsessi eraldi etappi. Vastav anaboolne protsess, s.o. piimhappest glükogeeni sünteesil kasutatakse ainult 9 sünteesi ensümaatilist etappi, mis kujutavad endast katabolismi vastavate etappide pöördumist; 3 puuduvat etappi asendatakse täiesti erinevate ensümaatiliste reaktsioonidega, mida kasutatakse ainult biosünteesi jaoks. Hoolimata asjaolust, et kataboolsed ja anaboolsed teed ei ole identsed, ühendab neid ühine kolmas etapp - nn tsentraalsed või amfiboolsed teed (kreeka keelest "amfi" mõlemad). Nii katabolism kui ka anabolism koosnevad kahest samaaegselt toimuvast ja omavahel seotud protsessist, millest kumbagi võib vaadelda eraldi. Üks neist on ensümaatiliste reaktsioonide jada, mille tulemuseks on vastavalt antud biomolekuli kovalentse karkassi hävimine või süntees. Sel juhul moodustuvad metaboliidid. Kogu transformatsioonide ahel on ühendatud vaheainevahetuse nimetuse alla. Teine protsess on energia muundamine, mis kaasneb iga vahepealse metabolismi ensümaatilise reaktsiooniga. Mõnes katabolismi faasis metaboliitide keemiline energia talletub (tavaliselt fosfaatsideme energia kujul) ja teatud anabolismi etappides kulub see ära. Seda ainevahetuse poolt nimetatakse tavaliselt energia sidumiseks. Vaheainevahetus ja energia sidumine on omavahel seotud ja üksteisest sõltuvad mõisted. Anabolismi ja katabolismi seos esineb kolmel tasandil: 1. energiaallikate tasandil (katabolismi produktid võivad olla anaboolsete reaktsioonide algsed substraadid); 2. energeetilisel tasandil (katabolism toodab ATP-d ja teisi kõrge energiaga ühendeid; anaboolsed protsessid kulutavad neid); 3. redutseerivate ekvivalentide tasemel (katabolismi oksüdatiivsed reaktsioonid, anabolismi redutseerimisreaktsioonid) Elusorganismi ainevahetusele on omane reaktsioonide koordineerimine ajas ja ruumis, mis on suunatud ühe eesmärgi saavutamisele - eneseuuenemine, ise -elussüsteemi (organismi, raku) säilitamine. Üksikud biokeemilised protsessid paiknevad raku teatud piirkondades. Arvukad membraanid jagavad raku 13 osaks
14 sektsiooni. Rakus toimuvad samaaegselt, üksteist segamata, tulenevalt ruumilisest eraldatusest (kompartmentaliseerumisest) erinevad biokeemilised reaktsioonid, sageli vastupidise iseloomuga. Näiteks rasvhapete oksüdeerumist atsetaadiks katalüüsib mitokondrites lokaliseeritud ensüümide komplekt, samas kui rasvhapete sünteesi atsetaadist viib läbi teine tsütoplasmas paiknev ensüümide komplekt. Erineva lokaliseerimise tõttu võivad vastavad kataboolsed ja anaboolsed protsessid rakus toimuda samaaegselt ja üksteisest sõltumatult. See on biokeemiliste reaktsioonide ruumiline koordineerimine. Tähtis on ajaline koordineerimine. Üksikud biokeemilised protsessid toimuvad rangelt määratletud ajajärjestuses, moodustades omavahel seotud reaktsioonide pikki ahelaid. Süsivesikute glükolüüs toimub 11 etapis, järgnedes rangelt üksteise järel. Sel juhul loob eelmine etapp tingimused järgmise elluviimiseks. Lisaks on elusorganism isereguleeruv avatud statsionaarne süsteem. Avatud süsteem, sest keha vahetab pidevalt ja pidevalt toitaineid ja energiat väliskeskkonnaga. Sel juhul vastab ainete ja energia keskkonnast süsteemi ülekande kiirus täpselt ainete ja energia süsteemist ülekandumise kiirusele, see tähendab, et tegemist on statsionaarse süsteemiga. Seega on elusorganismile omane homöostaas keha sisekeskkonna koostise püsivus, biokeemiliste parameetrite stabiilsus ja stabiilsus. Näiteks vere pH = , glükoosisisaldus on umbes 5 mm l (90 mg / 100 ml). Kui keskkonnatingimused muutuvad, muutub üksikute reaktsioonide kiirus kehas ja vastavalt muutuvad ainete statsionaarsed kontsentratsioonid. Seejärel hakkavad tööle elusraku tundlikud mehhanismid, mis tuvastavad kontsentratsiooni nihked ja kompenseerivad need, viies need tagasi normaalseks. Toimub eneseregulatsioon. Seega ei ole elusorganismi biokeemiliste parameetrite püsivus staatiline, passiivne, vaid dünaamiline ELUSORGANISMIDE KLASSIFIKATSIOON Kõikide Maal elavate organismide rakud, olenevalt eluks kasutatavatest süsinikuallikatest, jagunevad kahte põhirühma: autotroofsed ("toidavad ennast") ja heterotroofsed ("toidavad teiste arvelt") organismid. Autotroofsete organismide rakud saavad kasutada ainsa süsinikuallikana CO 2 , millest nad saavad ehitada kogu oma 14
15 süsinikku sisaldavat komponenti. Heterotroofsete organismide rakud ei ole võimelised CO 2 assimileerima ja peavad saama süsinikku üsna keerukate redutseeritud orgaaniliste ühendite, näiteks glükoosi kujul. Autotroofid on võimelised iseseisvalt eksisteerima, samas kui heterotroofid peavad teatud tüüpi süsinikuühendite järele kasutama teiste organismide jääkprodukte. Kõik fotosünteesivad organismid ja mõned bakterid juhivad autotroofset elustiili; kõrgemad loomad ja enamik mikroorganisme on heterotroofid. Teine omadus, mille alusel organisme klassifitseeritakse, on nende seos energiaallikatega. Organisme, mille rakud kasutavad energiaallikana valgust, nimetatakse fototroofseteks ja organisme, mille rakud saavad energiat redoksreaktsioonide tulemusena, nimetatakse kemotroofseteks. Mõlemad kategooriad jagunevad omakorda rühmadesse sõltuvalt nende elektrondoonorite iseloomust, mida nad energia tootmiseks kasutavad. Kemotroofe, milles elektronide doonoriteks võivad olla ainult keerulised orgaanilised molekulid (näiteks glükoos), nimetatakse kemoorganotroofideks. Organismid, mis on võimelised elektronidoonorina kasutama molekulaarset vesinikku, väävlit või mis tahes lihtsaid anorgaanilisi ühendeid, nagu vesiniksulfiid ja ammoniaak, klassifitseeritakse kemolitotroofidena (kreekakeelsest sõnast "lithos" - kivi). Valdav enamus organisme on kas fotolitotroofid või kemoorganotroofid. Ülejäänud kaks rühma hõlmavad suhteliselt vähe liike. Need vähesed liigid on aga looduses üsna laialt levinud. Mõned neist mängivad biosfääris äärmiselt olulist rolli. Need on eelkõige mulla mikroorganismid, mis fikseerivad molekulaarset lämmastikku ja oksüdeerivad ammoniaagi nitraatideks. Kemoorganotroofid, mida sagedamini nimetatakse heterotroofideks, jagunevad omakorda kahte suurde klassi: aeroobid ja anaeroobid. Kui aeroobid kasutavad lõpliku elektroniaktseptorina molekulaarset hapnikku, siis anaeroobid kasutavad mõningaid muid aineid. Paljud rakud võivad eksisteerida nii aeroobsetes kui anaeroobsetes tingimustes, s.t. võib kasutada elektroniaktseptorina kas hapnikku või orgaanilisi aineid. Selliseid rakke nimetatakse fakultatiivseteks anaeroobideks. Enamik heterotroofseid rakke, eriti kõrgemate organismide rakke, on fakultatiivsed anaeroobid; kui hapnik on saadaval, kasutavad nad seda. Kõik looduses esinevad elusorganismid on toitumise mõttes üksteisega kuidagi seotud. Arvestades biosfääri tervikuna, võib märgata, et 15
16 fotosünteetilist ja heterotroofset rakku toidavad üksteist vastastikku. Esimesed moodustavad atmosfääri süsihappegaasist orgaanilisi aineid, näiteks glükoosi, ja eraldavad hapnikku; viimased kasutavad fotosünteetiliste rakkude toodetud hapnikku ja glükoosi ning viivad CO 2 tagasi atmosfääri. Süsinikuringe biosfääris seostatakse energiaringega. Päikeseenergiat, mis muundub fotosünteesi käigus glükoosi ja teiste fotoreduktsiooniproduktide keemiliseks energiaks, kasutavad heterotroofid oma energiavajaduste rahuldamiseks. Seega on päikesevalgus lõppkokkuvõttes energiaallikas kõigile, nii autotroofsetele kui heterotroofsetele rakkudele. Kõikide looduses esinevate elusorganismide vastastikust sõltuvust toitumisest nimetatakse süntroofiaks ENERGIAALLIKAD JA SELLE MUUTMINE ELUSRAKUS Biokeemilised reaktsioonid toimuvad tavaliselt isobaarilistes isotermilistes tingimustes. Nendes tingimustes iseloomustab süsteemi energiaseisundit entalpia ja süsteemi ebakorrapärasuse mõõt on selle süsteemi entroopia ja temperatuuri korrutis. Funktsioon, mis arvestab mõlemaid omadusi ja nende muutumise tendentse spontaansete protsesside käigus, on Gibbsi energia G, mida nimetatakse ka isobaar-isotermiliseks potentsiaaliks või vabaks energiaks: G = H - TS Nagu teisedki termodünaamilised parameetrid ja funktsioonid, mis iseloomustavad süsteemi olek, Gibbsi energia muutus mis tahes protsessi tulemusel on määratud ainult süsteemi lõpp- ja algolekuga, sõltumata protsessi kulgemisest: G p = G lõpp G algus Biokeemilised reaktsioonid, millega kaasnevad Gibbsi energia vähenemist (G p 0) nimetatakse eksergoonilisteks reaktsioonideks, need võivad toimuda spontaanselt ja pöördumatult. Mida suurem on biokeemilise süsteemi Gibbsi energia väärtus algolekus (Ginit) võrreldes selle väärtusega lõppseisundis (Gfin), seda suurem on keemiline afiinsus vaadeldavas süsteemis reaktiivide vahel, s.t. nende reaktsioonivõime. Biokeemilisi reaktsioone, millega kaasneb Gibbsi energia suurenemine, nimetatakse endergoonilisteks (G p 0) ja need on võimatud ilma välise energiavarustuseta. Selliste reaktsioonide toimumiseks on vaja pidevat energiavarustust. 16
17 Elussüsteemides tekivad endergoonilised reaktsioonid nende sidestamise tõttu eksergooniliste reaktsioonidega. Selline konjugeerimine on võimalik ainult siis, kui mõlemal reaktsioonil on mingi ühine vaheühend ja konjugaatreaktsioonide kõikides etappides iseloomustab kogu protsessi negatiivne Gibbsi energiaväärtus (G resist.p 0). Heterotroofsed rakud saavad vajaliku energia peamiselt toidu oksüdeerumisel, autotroofsete (prototroofsete) rakkude jaoks on energiaallikaks sageli päikesevalgus. Saadud energia muundavad teatud rakud küllaltki hea kasuteguriga (40%) keemiliseks energiaks tänu neis toimuvale ATP sünteesile. See ühend, nagu varem märgitud, toimib energiaakumulaatorina, kuna mil ta suhtleb veega, s.o. hüdrolüüsil tekivad adenosiindifosforhape (ADP) ja fosforhape (P) ning vabaneb energia. ATP + H 2 O ADP + P ATP + 2H 2 O AMP + P + P G G Seetõttu nimetatakse ATP-d suure energiaga ühendiks ja hüdrolüüsi käigus katkevat P-O-P sidet suure energiaga ühendiks. Teatavasti nõuab igasuguste ühenduste (ka suure energiatarbega) katkestamine alati energiakulu. ATP hüdrolüüsi puhul toimuvad lisaks fosfaatrühmade vahelise sideme katkemise protsessile, mille puhul G 0, hüdrolüüsi käigus tekkinud saaduste hüdratatsiooni-, isomerisatsiooni- ja neutraliseerimisprotsessid. Kõigi nende protsesside tulemusena on Gibbsi energia kogumuutus negatiivne. Järelikult ei ole makroergiline mitte sideme enda lõhenemine, vaid selle hüdrolüüsi energeetiline tulemus. Järelikult toimib adenosiintrifosfaat rakkudes vaheproduktina, mis varustab keha elutähtsate endergooniliste protsesside jaoks vajaliku energiaga: metaboliitide süntees (keemiline töö), lihaste kokkutõmbumine (mehaaniline töö), ainete transportimine läbi membraanide kontsentratsioonigradiendi vastu (aktiivne). transport) ja teabeedastus (eriti närviimpulsside edastamiseks). Elusorganismides on koos ATP-ga ka teisi tõhusaid kõrge energiaga ühendeid, mille hüdrolüüsiga kaasneb rohkem energia vabanemist. Nende ühendite abil sünteesitakse ADP-st ATP. P = P = -30,5 kJ/mol -61,0 kJ/mol 17
18 Seega on elussüsteemide sisemiseks energiaallikaks fosforüülitud ühendid, mille koosmõjul biosubstraatide, sealhulgas veega, vabaneb energia. Nende reaktsioonide sidumise tulemusena teiste (endergoonsete) reaktsioonidega toimuvad rakus vajalikud endergoonilised protsessid. 2. RAKTER 2.1. RAKU LIIGID Rakk on elementaarne elussüsteem, kõigi elusorganismide ehituse ja elutegevuse aluseks. Sõltuvalt rakutüübist jagatakse elusorganismid kahte tüüpi: prokarüootsed ja eukarüootsed. Prokarüootsete organismide hulka kuuluvad bakterid ja tsüanobakterid, kõik muud organismid, alates üherakulistest algloomadest kuni mitmerakuliste taimede ja loomadeni, on eukarüootsed (tabel 2.1.). Tabel Prokarüootsete ja eukarüootsete organismide võrdlus. Prokarüootid eubakterid arhebakterid Organismid Eukarüootid seened taimed loomad Organelli vorm ainurakne või üherakuline hulkrakne Organellid, tsütoskelett, raku jagunemise aparaat olemas, kompleksne, puudub spetsialiseerunud DNA väike, ringikujuline, suur, raku tuumades, intronid puuduvad, RNA süntees ja plasmiidid küpsevad paljudes sees: lihtne, tsütoplasmas kompleksis, tuumades Valgud: süntees ja töötlemine lihtne, keeruline, seotud RNA sünteesiga tsütoplasmas ja õõnsuses rer Ainevahetus anaeroobne või aeroobne, valdavalt aeroobne kergesti ümberkorraldatav 18
19 ei Endotsütoos ja eksotsütoos on erinevad vormid Nende kahe liigi organismide rakkudel on ühised põhiomadused: neil on sarnased põhilised ainevahetussüsteemid, süsteemid geneetilise informatsiooni edastamiseks (maatriksi põhimõttel replikatsioon), energiavarustus jne. nende vahel palju erinevusi. Esiteks ei ole prokarüootsetes rakkudes organismide pärilikke omadusi määravad DNA molekulid eukarüootsetele rakkudele omaselt raku tuuma kujul kokku pandud. Teiseks ei ole prokarüootsetel rakkudel palju eukarüootsetele rakkudele iseloomulikke erilisi struktuure, mida nimetatakse rakulisteks organellideks. Eukarüootsed rakud on keerukamalt organiseeritud, nad võivad spetsialiseeruda väga laiale ulatusele ja olla osa mitmerakulistest organismidest. Oma ehituselt ja põhilistel biokeemilistel omadustel on eukarüootsete organismide erinevad rakud väga sarnased, mis viitab nende päritolu ühtsusele elusmaailma koidikul PÕHIRAKUELEMENDID JA NENDE ROLL ORGANISMIDE ELUTEGEVUSES Eukarüootsed rakud on palju mitmekesisemad. suuruse ja struktuuri poolest kui prokarüootsed rakud. Ainuüksi inimkehas on vähemalt 200 erinevat tüüpi rakke. Seetõttu saab elava raku diagrammi esitada ainult äärmiselt lihtsustatud kujul. Eukarüootne rakk on organiseeritud membraanide süsteemiga. Väliselt piirab seda plasmamembraan – õhuke, umbes 10 nm paksune valk-lipiidkile. Raku siseruumala on täidetud tsütoplasmaga, mis sisaldab arvukalt lahustuvaid komponente. Tsütoplasma jaguneb selgelt nähtavateks sektsioonideks, mida ümbritsevad rakusisesed membraanid, mida nimetatakse rakulisteks organellideks. Rakulised organellid tekkisid evolutsiooni käigus, et säilitada raku põhiomadused isepaljunemine, pidev ainete ja energia vahetus väliskeskkonnaga ning selle (raku) struktuurne isoleerimine väliskeskkonnast. Rakuorganellid tagavad elutähtsate funktsioonide pidevaks avaldumiseks vajalike põhiliste reaktsiooniprotsesside koordineeritud ja reguleeritud toimumise. Elusorganismi eksisteerimiseks on olulised järgmised rakulised organellid: tuum, mitokondrid, endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid, lüsosoomid ja mikrokehad (joonis 2.1.). 19
20 Golgi aparaat 6% 1 tuum 6% 1 krobeline endoplasmaatiline retikulum 9% 1 mitokondrid 22% ~2000 peroksisoom 1% 400 arv raku µm kohta plasmamembraani lüsosoom 1% 300 endosoom 1% 200 rakkude ruumala 1% 200 rakkude vabad fraktsioonid1 ribosoomid Elusraku struktuur. Tuum asub raku keskel, ümbritsetud pooridega topeltmembraaniga. Tuuma sees on tuumakesed. Tuuma välismembraan on osa Golgi kompleksiga seotud endoplasmaatilisest retikulumist. Ribosoomid asuvad endoplasmaatilise retikulumi pinnal. Kahekordse membraaniga ümbritsetud ovaalsed struktuurid, mille sisemine osa moodustab cristae - mitokondrid. Lüsosoomid on ümbritsetud ühe membraanikihiga. Need sisaldavad hüdrolüütilisi ensüüme, millest enamik on proensüümidena passiivses olekus. Üherakulistes organismides vastutavad nad rakku sisenevate ainete seedimise eest. Kõrgemates organismides osalevad lüsosoomid oma funktsioonide täitmise lõpetanud rakkude lagunemisprotsessides. Mikrosoomid (peroksisoomid) on väiksema suurusega kui lüsosoomid. Need sisaldavad oksüdaase, mis katalüüsivad selliste ühendite oksüdatsiooni, mis on rakule võõrad ja seetõttu tuleb need sealt eemaldada (näiteks ravimid, aromaatsed ühendid jne). Rakku ümbritseb plasmamembraan, mis on konstrueeritud nii, et teatud kohtades muutub võimalikuks ühendite otsene ülekandmine rakuvälisest ruumist tuuma. Rakumembraanid mitte ainult ei eralda elusorganismi (rakku) keskkonnast, vaid osalevad ka teatud rakuosakondade (funktsionaalsete jagunemiste) moodustamises. Need toimivad kõigi rakuliste 20 struktuurielementidena
21 organelli ja osalevad enamiku nende toimimises. Membraanide mass võib ulatuda 80% -ni raku massist. Organellide vahelist ruumi, mis on täidetud valkude (ensüümide) rikka kolloidse suspensiooniga, nimetatakse tsütosooliks. Plasmamembraanil, mis ümbritseb raku sisu, tsütoplasmat ja tuuma igast küljest, on väga olulised omadused: see piirab ainete vaba liikumist rakust väljapoole ja vastupidi, võimaldab ainetel ja molekulidel selektiivselt liikuda. läbivad, säilitades nii raku tsütoplasma koostise ja omaduste püsivuse. Membraan sisaldab olulisi ensüüme ja aktiivseid transpordisüsteeme Na + ja K + ioonide jaoks. Lisaks paiknevad plasmamembraanil spetsiaalsed valgukompleksid (retseptorid), mis ained “ära tunnevad”, selekteerivad ja teiste valkude (kandjate) abil aktiivselt rakku sisse või sealt välja transpordivad. Plasmamembraani moodustavad valgud (perifeersed ja integraalsed), mis on manustatud lipiidide kaksikkihti. Integraalsed valgud on glükoproteiini iseloomu, see tähendab, et need koosnevad süsivesikute ja valgu komponentidest. Nende N-terminaalne osa on osa sisemisest fosfolipiidikihist, millesse tungib osa mittepolaarsete aminohapete poolest rikkast peptiidahelast (spiraalses konformatsioonis) ning nende külgahelad astuvad arvukatesse hüdrofoobsetesse kontaktidesse fosfolipiidide alifaatsete ahelatega. . Integreeritud valgu oligosahhariidahelad võivad olla seotud integreeritud valgu peptiidahelaga plasmamembraani välispinnal. Oligosahhariidahela lõpus on tavaliselt N-atsetüülneuramiinhape, mis määrab selle negatiivse laengu. Oligosahhariidid annavad rakupinnale erilised omadused, mis võimaldavad ära tunda sama organi rakke või erineva liigi rakke (antigeensus, kontakti inhibeerimine). Oligosahhariidid raku pinnal moodustavad kihi, mida nimetatakse glükokalüksiks. CH 3 CNH CH H H H H H H CH 2 H N-atsetüülneuramiinhape 21
22 Rakupinnal asuvad struktuurid takistavad rakkude vahelist tihedat kontakti. Selle tulemusena tekib rakkude vahele enam-vähem kitsas vedelikuga täidetud ruum. Selliste kohtade üldnimetus elundis või kehas on rakkudevaheline ruum. Kõigi rakkude sees olevate mahtude summat nimetatakse rakusiseseks ruumiks. Mitokondrid. Selleks, et rakud saaksid täita mitmesuguseid funktsioone, vajavad nad energiat. Oluline sisemine energiaallikas on ATP molekul, mis moodustub peamiselt spetsiaalsetes ovaalsetes struktuurides - mitokondrites (kreeka sõnadest mitos thread ja chondrion - tera, tera). ATP sünteesiks vajalik energia ilmneb vesinikku sisaldavate substraatide (suhkrud, lipiidid, aminohapped) järkjärgulise oksüdeerumise tulemusena hingamisahelas hapniku mõjul. Elektroniülekande ensüümid on osa mitokondrite sisemembraanist. Hapnik siseneb mitokondritesse difusiooni teel. Mitokondriaalse aktiivsuse produkt (ATP) kandub translokatsiooniprotsesside kaudu selle moodustumise kohast ekstramitokondriaalsesse ruumi, kus seda kasutatakse. ATP kiire ülekandumise tagamiseks paiknevad mitokondrid struktuuride lähedal, kus toimuvad energiat tarbivad protsessid (näiteks kontraktsiooniprotsessis osalevate elementide läheduses). Lisaks toimub mitokondrites terve rida keemilisi reaktsioone, mille tulemusena sünteesitakse rakule vajalikud madalmolekulaarsed ühendid. Mitokondrid on piiratud kahe membraaniga. Välismembraan reguleerib ainete voolu mitokondritesse ja sealt välja. Sisemembraan moodustab voldid (cristae), mis on suunatud mitokondrite siseküljele. Mitokondrite sees on nn maatriks, mis sisaldab erinevaid ensüüme, kaltsiumi- ja magneesiumiioone, DNA-d ja mitokondriaalseid ribosoome. Mitokondrite arv rakus ei ole konstantne. Nende arv võib suureneda algsete mitokondrite kasvu ja killustumise tõttu. Rakk kasutab mitokondrite moodustamiseks valke. Mõned neist sünteesitakse mitokondrites ise, teised aga tsütoplasmas. Tuum on eukarüootse raku kõige olulisem komponent, kuhu on koondunud suurem osa geneetilisest materjalist. Tuum on vajalik rakkude kasvuks ja paljunemiseks. See on ülejäänud rakust eraldatud ümbrisega, mis koosneb sisemisest ja välimisest tuumamembraanist. Kui tsütoplasma põhiosa on katseliselt tuumast eraldatud, siis võib see tsütoplasmaatiline tükk (tsüplast) ilma tuumata eksisteerida vaid paar päeva. Samal ajal, 22
23, tsütoplasma kitsaima servaga (karüoplast) ümbritsetud tuum säilitab täielikult oma elujõulisuse ja taastab järk-järgult tsütoplasma normaalse mahu. Mõned spetsialiseerunud rakud, näiteks imetajate punased verelibled, toimivad aga pikka aega ilma tuumata. Sellest puudub ka trombotsüütidel ja vereliistakutel, mis moodustuvad suurte megakarüotsüütide rakkude tsütoplasma fragmentidena. Spermatosoidil on tuum, kuid see on täiesti passiivne. Tuumas toimub kaks olulist protsessi. Esimene neist on geneetilise materjali süntees, mille käigus DNA hulk tuumas kahekordistub. See protsess on vajalik selleks, et järgneva raku jagunemise (mitoosi) käigus jõuaksid kaks tütarrakku sama palju geneetilist materjali. Teine protsess on transkriptsioon, igat tüüpi RNA molekulide tootmine, mis tsütoplasmasse migreerudes tagavad raku eluks vajalike valkude sünteesi. Kõige erineva kujuga tuumad koosnevad samadest komponentidest, s.t. omama üldist struktuuriplaani. Tuumas on: tuumaümbris, kromosoomid, tuum ja tuumamahl. Igal tuumakomponendil on oma struktuur, koostis ja funktsioon. Tuumaümbris sisaldab kahte membraani, mis asuvad üksteisest teatud kaugusel. Tuumaümbrise membraanide vahelist ruumi nimetatakse perinukleaarseks. Tuumaümbrises on pooride avad. Kuid need ei ole otsast lõpuni, vaid täidetud spetsiaalsete valgustruktuuridega, mida nimetatakse tuumapooride kompleksiks. Pooride kaudu väljuvad RNA molekulid tuumast tsütoplasmasse ja valgud liiguvad nende poole tuuma. Tuumaümbrise membraanid ise tagavad madalmolekulaarsete ühendite difusiooni mõlemas suunas. Elusrakkude tuumades on tuum selgelt nähtav. Sellel on ümmargune või ebakorrapärase kujuga keha ja see paistab selgelt silma üsna homogeense tuuma taustal. Tuum on moodustis, mis tekib tuumas nendes kromosoomides, mis osalevad ribosomaalse RNA sünteesis. Tuuma moodustavat kromosoomi piirkonda nimetatakse nukleolaarseks organisaatoriks. Tuumades ei toimu mitte ainult RNA süntees, vaid ka ribosoomi alamosakeste kokkupanek. Nukleoolide arv ja suurus võib varieeruda. Kromosoomid on eukarüootse raku tuuma struktuurielemendid, mis sisaldavad DNA-d, mis sisaldab organismi pärilikku informatsiooni. Neid värvitakse intensiivselt spetsiaalsete värvainetega, mistõttu saksa teadlane W. Waldeyer nimetas neid 1888. aastal kromosoomideks (kreeka sõnadest croma color ja soma body). Kromosoomi nimetatakse sageli ka 23-ks
24 bakterite ringikujuline DNA, kuigi selle struktuur erineb eukarüootsete kromosoomide omast. DNA kromosoomides võib paikneda erineva tihedusega, sõltuvalt nende funktsionaalsest aktiivsusest ja rakutsükli staadiumist. Sellega seoses eristatakse kahte kromosoomi olekut: interfaasi ja mitootilist. Mitoosi kromosoomid tekivad rakus mitoosi ehk rakkude jagunemise käigus. Need on mittetoimivad kromosoomid ja neis olevad DNA molekulid on väga tihedalt pakitud. Tänu sellisele mitootiliste kromosoomide kompaktsusele on mitoosi ajal tagatud geneetilise materjali ühtlane jaotus tütarrakkude vahel. Interfaas on kromosoomid (kromatiin), mis on iseloomulikud rakutsükli faasidevahelisele etapile, st jagunemise vahelisele intervallile. Erinevalt mitootilistest on need töötavad kromosoomid: nad osalevad transkriptsiooni ja replikatsiooni protsessides. Nendes olev DNA on vähem tihedalt pakitud kui mitootilistes kromosoomides. Lisaks DNA-le sisaldavad kromosoomid ka kahte tüüpi valke, histoone (aluseliste omadustega) ja mittehistoonvalke (happeliste omadustega), samuti RNA-d. Histoone on ainult 5 tüüpi ja mittehistoonilisi valke on palju rohkem (umbes sada). Valgud on tihedalt seotud DNA molekulidega ja moodustavad niinimetatud desoksüribonukleoproteiini kompleksi (DNP). Valgud määravad tõenäoliselt kromosoomis DNA põhivoltimise ning osalevad kromosoomi replikatsioonis ja transkriptsiooni regulatsioonis. Enamikul iga looma- ja taimeliigi rakkudel on oma püsiv topelt (diploidne) kromosoomide komplekt ehk karüotüüp, mis koosneb kahest isalt ja emalt saadud üksikust (haploidsest) komplektist. Seda iseloomustab mitootiliste kromosoomide teatud arv, suurus ja kuju. Erinevate elusorganismide liikide kromosoomide arv on erinev. Ribosoomid, polüsoomid. Need on väikseimad rakusisesed osakesed, mis teostavad valkude biosünteesi. Samal ajal reprodutseeritakse selle esmane struktuur absoluutse täpsusega - iga aminohape leiab polüpeptiidahelas oma määratud koha. Iga rakk sisaldab kümneid tuhandeid kuni miljoneid ribosoome. Seega ulatub ribosoomide arv bakterirakus 10 4-ni, loomarakus on see ligikaudu pool ribonukleiinhapet (RNA) ja pool valku. Eukarüootsetes rakkudes toimub ribosomaalse RNA süntees ja ribosomaalsete valkude kinnitumine neile tuumas. Pärast seda lahkuvad valmis ribosoomid tuumast tsütoplasmasse, kus nad täidavad oma funktsioone. Ribosoomid ja polüsoomid on sfäärilise kujuga ja neid leidub tsütoplasmas kas vabas olekus või seotuna membraanidega 24
1. Autotroofsete organismide hulka kuuluvad 1) mucor 2) pärm 3) penitsillium 4) klorella TEEMA “Energia metabolism” 2. Pinotsütoosi käigus toimub 1) vedeliku 2) gaaside 3) tahkete ainete 4) tükkide imendumine.
10. klass Bioloogia keelekümblus 3 Teema: Energiavahetus. 1. Kõige rohkem energiat vabaneb 1) valkude 2) rasvade 3) süsivesikute 4) nukleiinhapete molekulide lagunemisel 2. Hapnikuvabas
Bioloogiatund 9. klassis Tunni teema "Raku ainevahetus" Bioloogiaõpetaja MBOU "Keskkool 2" esimese kvalifikatsioonikategooria Natalia Borisovna Kolikova Tunni eesmärgid: tutvustada õpilastele mõistet "ainevahetus"
Ülesannete pank. Keelekümblus 1. 9. klass 1. Millise rakuteooria sätetest tõi teadusesse R. Virchow? 1) kõik organismid koosnevad rakkudest 2) iga rakk pärineb teisest rakust 3) iga rakk on midagi
Ülesannete pank. Keelekümblus 1 10. klass 1. Millise rakuteooria sätetest tõi teadusesse R. Virchow? 1) kõik organismid koosnevad rakkudest 2) iga rakk pärineb teisest rakust 3) iga rakk on
Loeng 1. Biokeemia ja selle seos teiste teadustega Prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude ehitus Biokeemia Biokeemia (biokeemia) on teadus, mis uurib organisme moodustavaid orgaanilisi aineid, nende ehitust
AINEVAHETUS. PLASTI- JA ENERGIAVAHETUS. Zonova Natalja Borisovna, bioloogiaõpetaja MBOU 38. keskkool, kõrgeim kategooria SISUELEMENTIDE KODISTAJA JA LÕPETAJA ETTEVALMISTAMISE TASEME NÕUDED
MIKROORGANISMIDE AINEVAHETUSE OMADUSED Ainevahetus ehk ainevahetus on lagunemis- ja sünteesiprotsesside kogum, mis tagab organismi säilimise, kasvu ja paljunemise. Ainevahetusel on kaks külge:
Energia metabolism Rakk on avatud süsteem. Homöostaas Rakk on avatud süsteem, ainevahetus toimub ainult siis, kui rakk saab kõik vajalikud ained keskkonnast.
Ainevahetus ja energia muundamine rakus 1. võimalus 1. osa Ülesannete 1-25 vastus on üks arv, mis vastab õige vastuse numbrile 1. Tekkivate biosünteesireaktsioonide kogum
Teema: "Eukarüootsete rakkude struktuur." Valige üks õige vastus. A1. Mitokondrid puuduvad 1) rästa 2) stafülokoki 3) karpkala 4) sambla A2 rakkudes. Biosünteetiliste toodete eemaldamine rakust hõlmab 1) kompleksi
1. Makroelementide hulka kuuluvad: ÜHIK 2 Rakk kui bioloogiline süsteem. 1) hapnik, süsinik, vesinik, lämmastik 2) hapnik, raud, kuld 3) süsinik, vesinik, boor 4) seleen, lämmastik, hapnik 1) 2. Organellid,
SISSEJUHATUS AINEVAHETUSSE JA ENERGIAsse Organismide elutähtsate funktsioonide hulka kuuluvad: a) ainevahetus ja energia; b) geneetilise teabe edastamine; c) reguleerivad mehhanismid. Mis tahes lingi rikkumine viib patoloogiani.
1. Nitrifitseerivad bakterid on klassifitseeritud 1) kemotroofide 2) fototroofide 3) saprotroofide 4) heterotroofide TEEMA “Fotosüntees” 2. Päikesevalguse energia muundub keemiliseks energiaks 1) fototroofide rakkudes.
TEEMA “Plastiline ainevahetus” 1. 1) seened 2) sõnajalad 3) vetikad 4) samblad toituvad valmis orgaanilistest ainetest 2. Organismid 1) autotroofid 2) heterotroofid 3) toituvad valmis orgaanilistest ainetest
I poolaasta kontrolltöö 10. klassis. 1. võimalus. 1. OSA A1. Prokarüootide hulka kuuluvad 1) taimed 2) loomad 3) seened 4) bakterid ja tsüanobakterid A2. Aluseks on komplementaarsuse põhimõte
Ettevalmistus bioloogia ühtseks riigieksamiks Energia metabolism Walter S.Zh. EGTO BOU DPO "IROOO" osakonna vanemõppejõud Energiavahetuse protsessi võib jagada kolme etappi: esimeses etapis toimub
Valmistamise materjal 10,2kl. Bioloogia P3 Eukarüootse raku struktuur." Ülesanne 1 Sünteesitakse rasvu, valke, süsivesikuid lagundavad ensüümid: lüsosoomidel ribosoomidel Golgi kompleksis 4) vakuoolides.
1 Lahter, selle elutsükkel (valik valik) Ülesannete vastused on sõna, fraas, arv või sõnade jada, numbrid. Kirjutage vastus ilma tühikute, komade ja muude lisadeta
Biokeemia. Tund 2. Teema: Ainevahetusteed. Vaheainevahetust mõistetakse sageli lihtsalt kui rakus toimuvate ensümaatiliste reaktsioonide kogumit. Selline määratlus ei ole üldse
I peatükk. Tsütoloogia alused D/Z: 6,7,8 Teema: “Raku keemiline koostis. Raku anorgaanilised ained" Eesmärgid: 1. Iseloomustada raku keemilist koostist: raku moodustavad elementide rühmad;
Tund 3. Teema: RAKUBILOOGIA. AINETE JA ENERGIA VOOLU RAKUS " " 200 g Tunni eesmärk: uurida pro- ja eukarüootsete rakkude eripärasid; uurida raku anaboolseid ja kataboolseid süsteeme;
Bioloogia test Raku ehitus, klass 9 1. Bioloogilise membraani moodustavad 1) lipiidid ja valgud 2) valgud ja süsivesikud 3) nukleiinhapped ja valgud 4) lipiidid ja süsivesikud 2. poolviskoosne raku sisekeskkond
Teema 1. Lahtri keemiline koostis A osa ülesanded Valige üks kõige õigem vastus 1. Nimetage orgaanilised ühendid, mida rakus on kõige rohkem (%
Krasnodari territooriumi tervishoiuministeeriumi riigieelarveline keskeriõppe õppeasutus "Kuštševski meditsiinikolledž" Testivormis ülesanded
1 Rakk, selle elutsükkel (vastavuse loomine) Ülesannete vastused on sõna, fraas, arv või sõnade jada, numbrid. Kirjutage vastus ilma tühikute, komade ja muude lisadeta
Novosibirski Riikliku Pedagoogikaülikooli Loodus- ja sotsiaal-majandusteaduste instituut Zooloogia osakond ja bioloogia õpetamise meetodid KÜSIMUSED DISTSIPLIINI „TSÜTOLOOGIA JA
Testimine teemal “Rakk”_treeningkatsed_9.klass 1. Milliseid rakuorganelle on näha kooli valgusmikroskoobis? 1) lüsosoomid 2) ribosoomid 3) rakukeskus 4) kloroplastid 2. struktuuri sarnasus
Kõigil prokarüootsetel ja eukarüootsetel rakkudel on 1) mitokondrid ja tuum 2) vakuoolid ja Golgi kompleks 3) tuumamembraan ja kloroplastid 4) plasmamembraan ja ribosoomid Pinotsütoosi käigus
Järve Vene Gümnaasium ETTEVALMISTUS BIOLOOGIA RIIGIEKSAMKS Teema: “Energia- ja plastiline ainevahetus rakkudes” I variant 1. Vaata joonist. 1. Nimetage valkude biosünteesi etapid (I, II)
Tunni teema: “Plastiline ja energiaainevahetus” Tunni eesmärk: Moodustada mõisted: ainevahetus, plastiline ainevahetus ja energiavahetus. Eesmärgid: Hariduslik: kujundada teoreetilisi teadmisi plastist
Bioloogiaõpetaja MBOU "Gatšina 9. Keskkool üksikute ainete süvaõppega" Guskova S.A. 2017 Rakuline elukorralduse tase 1 Kõikide elusorganismide kehad koosnevad rakkudest. Enamik kehasid
Ülesandepank 9. klass Bioloogia P2 profiil Ülesanne 1 Valkude biosüntees Valgumolekuli sekundaarstruktuur on... topeltspiraali kujuga niidikera Ülesanne 2 Valkude biosüntees Mitut aminohapet see kodeerib?
O, H, C, N + S, P - makroelemendid Na, K, Mg, Ca, Cl - mikroelemendid Fe, Zn, Cu, Co, Mn, I, Se mikroelemendid Makroelementide esindatus erinevates ainerühmades Makromolekulid Suhkrud ( süsivesikud)
Bioloogia 10. klass. Demoversioon 2 (90 minutit) 1 Diagnostiline temaatiline töö 2 BIOLOOGIA ühtseks riigieksamiks ettevalmistamisel teemal “Üldbioloogia” Töö täitmise juhend Diagnostilise testi tegemiseks
Edasilükatud ülesanded (30) Sisestage pakutud loendist puuduvad terminid teksti "DNA", kasutades selleks numbrilisi märgendeid. Kirjutage teksti valitud vastuste numbrid ja seejärel saadud jada
Tuum, selle ehitus ja funktsioonid. Mõistet tuum ise kasutas esmakordselt Brown 1833. aastal, et tähistada taimerakkudes sfäärilisi püsivaid struktuure. Hiljem kirjeldati sama struktuuri kõigis rakkudes
SISUKORD Eessõna. I OSA. Sissejuhatus. Rakubioloogia aine PEATÜKK 1. Rakuteooria Rakk on elusolendite elementaarüksus Rakk on konjugeeritud funktsionaalsete üksuste ühtne süsteem Homoloogia
Bioloogia 0 klass. Demoversioon (90 minutit) Bioloogia hinne 0. Demoversioon (90 minutit) Diagnostiline temaatiline töö BIOLOOGIA ühtseks riigieksamiks ettevalmistamisel teemal “Üldbioloogia”
1 DNA molekulis on guaniiniga nukleotiidide arv 30% koguarvust. Mitu protsenti adeniini sisaldavaid nukleotiide sisaldab see molekul? Komplementaarsuse põhimõtte kohaselt on A=T, G=C. Kui kogus
Assimilatsioon ja dissimilatsioon. Ainevahetus. (9. klassi bioloogiatunni kokkuvõte) Muratova Gulnaz Raushanovna bioloogia- ja keemiaõpetaja MBOU "Nižnebiševski keskkool" Zainski rajoon
BIOLOOGIAS RAKU PÕHISTRUKTUURID JA NENDE LÜHITEORIA TESTIMINE TEADMISED LOOMA- JA TAIMERAKU ORGANOIDID NIMETUS STRUKTUUR OMADUSED TUUM (PUUDUB PROKArüootses RAKUS) ÜMBRATUD
VENEMAA FÖDERATSIOONI HARIDUS- JA TEADUSMINISTEERIUM Föderaalne riigieelarveline kutsekõrgharidusasutus "Altai Riiklik Tehnikaülikool"
55. Märgistage joonisel tuuma peamised struktuurikomponendid. 56. Täida tabel. Rakustruktuuride ehitus ja funktsioonid Struktuur Struktuuri tunnused Funktsioon Tuum 5 7^. Täida tabel. Struktuur
Terminoloogiline diktaat Õistaimede organid. 1 Organismi kehaosa täidab kindlat funktsiooni... 2 Mullas hoiab taim... 3 Tekib arvukalt hargnenud juuri. 4 V juur
Elusorganismide rakkude ehitus Elusorganismide klassifikatsioon (vastavalt raku organiseerituse tasemele) Elusorganismid Mitterakulised vormid Rakulised vormid Viirused, faagid Prokarüoodid Eukarüootid Võrdlevad tunnused
Redoksreaktsioonide bioloogiline roll Bioloogiliste redoksreaktsioonide tunnuseks on nende mitmeastmeline olemus. Nad läbivad mitmeid vahepealseid etappe, moodustades palju hapnikku sisaldavaid aineid
Loeng 1. Teema: AINE- JA ENERGIA VOOLU ORGANISEERIMINE RAKAS Rakk on elusolendite põhiline struktuurne, funktsionaalne ja geneetiline üksus. Sellesse on koondunud kogu geneetiline materjal (tuum ja tsütoplasma).
Nukleiinhapped Nukleiinhapped ja nende roll raku elus Nukleiinhapped avastas 19. sajandi teisel poolel Šveitsi biokeemik Friedrich Miescher Friedrich Miescher Nukleiinhapped
Rakuenergia ATP ADP + F ATP AMP + F F F F + F kJ/mol 32,23 (30,5) F 36,0 33,4 Raku tuntuim energiaallikas on ATP. ATP molekulis on kaks suure energiaga sidet. ATP molekulis on kaks suure energiaga molekuli
1 Teema: Biokeemia alused Ülesanne 1. “Aminohapped. Dipeptiidi moodustumine" 1. Mida tähistavad joonisel numbrid 1 5? 2. Millised aminohapete funktsionaalsed rühmad annavad aluselised omadused? Happeline?
Membraaniprotsesside biofüüsika rakkudes Membraani biofüüsika uuringud: Bioloogiliste membraanide struktuur Ainete transport läbi membraanide Närviimpulsside teke ja levik Vastuvõtuprotsessid ja transformatsioon
Tunni toimumise kuupäev (koolinädala number) Sektsioonide ja tundide teemade nimetus, kontrolli vormid ja teemad Tundide arv I. Organism kui bioloogiline süsteem. 5 tundi 1 1 nädal Ühe- ja mitmerakulised organismid 2 Põhilised
Tunni aine 1. (1) 2. (2) Kalender-temaatiline planeerimine bioloogias, klass 10 (70 tundi, 2 tundi nädalas) kuupäev teema Peamiste tegevusliikide praktiline iseloomustus plaan fakt ja laboriõpilased
VALLA HARIDUSASUTUS KESKKONNAHARIDUSKOOL 45 LIPETSK AVATUD TUND 9A KLASS BIOLOOGIAS TEEMAL: “RAKUDE JAOTUS” BIOLOOGIAÕPETAJA NATALIA ANATOLJEVNA IOSIFOVA.
2. loeng Elusaine keemiline koostis, keemilised sidemed, millel on suur tähtsus “bioloogiliste molekulide” koosmõjul. Aminohapped, nende omadused ja klassifikatsioon. Peptiidside, selle omadused.
Sarnased dokumendid
Bioloogiliselt aktiivsete ainete (ensüümid, vitamiinid ja hormoonid) roll organismi elus. Ensümaatiliste protsesside uurimise ajalugu. Ensüümide põhiomadused. Vitamiinide klassifikatsioon, nende roll ainevahetuses. Hormoonide toime variandid.
abstraktne, lisatud 10.12.2012
Elusorganismide keemiline struktuur ja nende elulised protsessid. Valgud kui tähtsaim biopolümeer, valkude struktuur ja ainevahetus. Süsivesikud ja nende ainevahetus, imendumisprotsess ja regulatsioon. Nukleiinhapped, lipiidide struktuur. Ensüümide, hormoonide ja vitamiinide roll.
kasutusjuhend, lisatud 26.06.2015
Mõiste, esmane ja sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne struktuur, samuti valkude ja polüpeptiidide funktsioonid ja bioloogiline roll inimorganismis. Nende bioloogiliste ühendite füüsikalis-keemilised omadused ja omadused, ruumiline struktuur.
loeng, lisatud 09.26.2017
Elussüsteemide organiseerituse tasemed. Organismide keemiline koostis. Lipiidid, biopolümeerid, nende struktuur, bioloogilised funktsioonid ja omadused. Üldine süsteemiteooria. Makroelemendid, mikroelemendid ja ultramikroelemendid. Osmoosi tähtsus bioloogilistes protsessides.
esitlus, lisatud 14.04.2014
Üldmõiste, klasside omadused ja ensüümide kui valkude omaduste uurimine, mis toimivad elusorganismides katalüsaatorina. Ensüümide reaktsioon ja substraadi spetsiifilisus. Ensümaatilise katalüüsi protsess ja ensümaatiliste reaktsioonide kineetika.
abstraktne, lisatud 13.12.2011
Ensüümide (ensüümide) kui valgu molekulide või RNA molekulide (ribosüümide) või nende komplekside mõiste ja füsioloogiline tähendus organismis, mis kiirendavad (katalüüsivad) keemilisi reaktsioone. Nende uurimise ajalugu, klassifikatsioon ja liigid, toimemehhanism.
aruanne, lisatud 12.12.2014
Anabolismi ja katabolismi protsesside uurimine biosfääris. Valkude koostis, struktuur ja funktsioonid. Süsivesikute allikad ja füsioloogiline roll. Vee, mineraalide ja rasvade ainevahetuse uurimine organismis. Ensüümide, hormoonide ja vitamiinide mõju analüüs.
kursusetöö, lisatud 18.01.2016
Aminohapete mõiste, nende klassifikatsioon ja tootmine, füüsikalised ja keemilised omadused. Valgumolekulide struktuurse organiseerituse tasemed, liht- ja kompleksvalkude omadused. Valkude bioloogiliste funktsioonide eristavad tunnused, nende eraldamise ja analüüsi meetodid.
abstraktne, lisatud 16.05.2017
Monomeeri molekulide ühendus. Orgaaniliste ainete keeruliste ahelate struktuur ja koostis. Helikaalsed polümeeri molekulid. Elusraku struktuur. Elusorganismide paljunemine ja areng. Kahe vanemorganismi geneetilise teabe kombinatsioon.
artikkel, lisatud 20.07.2013
Mikroorganismid ja elusorganismide mitterakulised vormid, nende ehitus, füsioloogia, geneetilise süsteemi tunnused. Geneetilise teabe edastamise meetodid. Mikroorganismide roll ainete ringis. Mikrobioloogiliste protsesside tähtsus biotehnoloogias.
Novosibirski Riiklik Ülikool Loodusteaduste teaduskond Tsütoloogia ja geneetika osakond Loengutekursuse ettekanne ELU KEEMILISED ALUSED Ph.D. Vladimir Aleksandrovitš Trifonov Käsiraamat töötati välja riikliku teadusülikooli-NSU arendusprogrammi loengu nr 1 rakendamise osana. Plaan. Sissejuhatus distsipliini. Elu määratlus. Elussüsteemide organiseerituse tasemed. Organismide keemiline koostis. Lipiidid. Struktuur ja bioloogilised funktsioonid. 6) Biopolümeerid, nende struktuur ja omadused 1) 2) 3) 4) 5) Mis on elu? Püüab defineerida mõistet: „magnet on elav, sest suudab rauda ligi tõmmata" Thales 6. sajand eKr. “kõik looduse kehad on animeeritud” B. Spinoza (XVII sajand) “Molekulaarse uuenemise (ainevahetuse) universaalsus taimedes ja loomades ning kõigis nende osades, selle püsivus, mis ei võimalda peatumist, teeb sellest nähtusest universaalse märgi elu“ Claude Bernard (XIX c) „Elu on valgukehade eksisteerimise viis ja see eksisteerimisviis seisneb sisuliselt nende kehade keemiliste komponentide pidevas eneseuuenduses“ F. Engels (XIX sajand) „Elu on ... spetsiaalselt organiseeritud süsteemi töö, mille eesmärk on vähendada omaenda entroopiat, suurendades keskkonna entroopiat" Erwin Schrödinger (1887-1961) "Maal eksisteerivad eluskehad on avatud, isereguleeruvad ja ise taastoodavad süsteemid ehitatud biopolümeeridest – valkudest ja nukleiinhapetest” M.V. Wolkenstein (1912-1992) Elusorganismid kui avatud süsteemid Süsteem on elementide kogum, mis on üksteisega teatud suhetes ning on ühendatud otse- ja tagasisideühendustega, moodustades terviklikkuse. Avatud süsteemid: vahetage keskkonnaga energiat, ainet ja teavet. Avatud süsteemid: iseorganiseerumise nähtused, tüsistused või korra spontaanne tekkimine. Süsteemide üldteooria Süsteemide omadused Sünergia - komponentide tegevuse ühesuunalisus tõstab süsteemi efektiivsust. Tekkimine – süsteemi komponentide funktsioonid ei lange alati kokku süsteemi funktsioonidega. Terviklikkus on terviku ülimuslikkus osade suhtes. Hierarhia - süsteemi iga komponenti võib käsitleda laiema globaalse süsteemi süsteemina (allsüsteemina) Kohanemisvõime - soov stabiilse tasakaaluseisundi järele, mis hõlmab süsteemi parameetrite kohandamist väliskeskkonna muutuvate parameetritega Ludwig von Bertalafani (1901-1972) Tasakaalustamata süsteemid “Ebatasakaalu võib saada korrasoleku allikaks » Ilya Prigogine (1917-2003) Süsteemi olekute jada - SÜSTEEMI TRAJEKTOOR Süsteemi kõige tõenäolisemad seisundid - ATRAKTORID Eelistus ühed seisundid teistele on korrastatuse nähtus, st. Entroopia vähenemine. Iseorganiseerumine mittetasakaalulistes süsteemides On seisukoht, et elu võib pidada spetsiifilise valiku tulemuseks pikaajalise evolutsiooni teel, mille iseorganiseeruvad süsteemid on läbinud. Elussüsteemide omadused 1) Ligikaudu sama keemiline koostis 2) Aine ja energia vahetus 3) Isepaljunemine 4) Kasvamis- ja arenemisvõime 5) Ärrituvus 6) Diskreetsus Elusaine organiseerituse tasemed Elementaarosakesed aatomid molekulid monomeerid biopolümeerid elusaine organiseeritus Rakukoed Elundid ja süsteemiorganid Elusaine organiseerituse tasemed organismide populatsiooniliigid Elusaine organiseerituse tasemed Ökosüsteem, biogeotsenoos Biosfäär Elusorganismide keemiline koostis Kokku avastati 80 elementi, kuid teadaolevad funktsioonid on vaid 30-l Makroelemendid mille sisaldus elusorganismides on üle 0,001% kuivmassist. Need moodustavad 99% raku kuivmassist, millest 98% moodustavad biogeensed makroelemendid: hapnik (65-75%), süsinik (15-18%), lämmastik (1,5-3%) ja vesinik (8). -10%) O K C S H Cl N Ca Mg Na P Fe Mikroelementide sisaldus organismis 0,001-0,000001% Võib olla osa hormoonidest, ensüümidest ja muudest raku olulistest komponentidest Zn Cu I F B Co Mo V Br Cr Mn Se Si Ge Ni Co Kovalent süsinik-koobalt side - ainus näide looduses metalli-süsinik kovalentsest sidemest. Ultramikroelemendid Kontsentratsioon alla 0,000001% Füsioloogiline roll pole kindlaks tehtud Au Hg U Be Cs Ra jne Elusraku keemiliste ühendite koostis Anorgaanilised ained Vesi 50-90% Soolad ja muud anorgaanilised. ained 1-1,5% Madala molekulmassiga orgaanilised ained lipiidid 1,5% muud 0,1% Suure molekulmassiga orgaanilised ained Valgud 10-20% Süsivesikud 0,2-20% Nukleiinhapped 1-2% Vee roll Universaalne lahusti Vesiniksidemed Kõrge soojusmahtuvus Osaleja palju reaktsioone Ainete transport organismis Osmoos Osmoosi tähtsus bioloogilistes protsessides Rakumembraan on poolläbilaskev! =>Valgud jäävad raku sisse. Osmoos on seotud toitainete ülekandega kõrgete puude tüvedes. Taimed - osmoos suurendab vakuooli mahtu ja laiendab rakuseinu (turgori rõhk). Ioonid rakus Olulisemad anioonid: Olulisemad katioonid: Cl-, HCO3-, H2PO4K+, Na+, Ca2+, Mg2+ Puhvri omadused Luukoes ja kestades lahustumatud soolad Raku orgaanilised ained Valgud 10-20% Süsivesikud 0,2-2 % Nukleiinhapped 1-2% Lipiidid 1-5% Lipiidid on suur rühm bioloogilist päritolu aineid, mis lahustuvad hästi orgaanilistes lahustites: metanool, atsetoon, kloroform, benseen jne. Neutraalsed rasvad: glütserooli ja karboksüülhapete estrid steariinpalmitiinhape Karboksüülhapped Asendamatuid rasvhappeid kehas ei sünteesita ja neid tuleb varustada toiduga. Kolmanilt, Remilt “Visual Biochemistry” Fosfolipiidid Kolmanilt, Remilt “Visual Biochemistry” Isoprenoidid Kõik lipiidid pärinevad ühest prekursorist - atsetüülkoensüümist A [atsetüül-CoA (atsetüülCoA)], mis on äädikhappe aktiveeritud vorm Kolman, Rem “ Visuaalne biokeemia” A-vitamiin A-vitamiin - retinool Provitamiin A - β-karoteen Rodopsiin (kromofoorrühmaga valk) 1) valguskvanti imendumine 2) kromofoorirühm (11-cis-võrkkesta) läheb trans-vormi 3) rodopsiini lagunemine 4) nägemisnärvi stimulatsioon STEROIDID Kolman, Rem “Visuaalne biokeemia” Steroidid Membraani struktuur, sapphapped, hormoonid, vitamiinid Prostaglandiinid E1 E2 Lipiidide vahendajad - leidub loomade kõigis elundites ja kudedes. Aspiriin on prostaglandiinide sünteesi inhibiitor. Lipiidide funktsioonid 1) Struktuurne 2) Energia 3) Varu 4) Isoleeriv 5) Reguleeriv 6) Retseptor BIOPOLÜMEERID Homopolümeerid - ühte tüüpi monomeerid Heteropolümeerid - rohkem kui ühte tüüpi monomeere Regulaar Ebaregulaarne -A-B-A-B-A-B-A-A-C -AV
