Органические вещества в живой природе
Органические вещества лежат в основе всей живой природы. Растения и животные, микроорганизмы и вирусы - все живые существа состоят из огромного количества различных органических веществ и сравнительно небольшого числа неорганических. Именно соединения углерода, благодаря их великому разнообразию и способности к многочисленным химическим превращениям, явились той основой, на которой возникла жизнь во всех ее проявлениях. Носителями тех свойств, которые включаются в понятие «жизнь», являются сложные органические вещества, молекулы которых содержат цепи из многих тысяч атомов - биополимеры.
Прежде всего это белки - носители жизни, основа живой клетки. Сложные органические полимеры - белки состоят главным образом из углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Их молекулы образованы соединением очень большого числа простых молекул - так называемых аминокислот (см. ст. «Химия жизни»).
Существует очень много разных белков. Есть белки опорные, или структурные. Такие белки входят в состав костей, образуют хрящи, кожу, волосы, рога, копыта, перья, чешую рыб. В состав мышц структурные белки входят вместе с белками, выполняющими сократительные функции. Сокращение мышц (важнейшая роль белков этого типа) - это превращение части химической энергии таких белков в механическую работу. Очень большая группа белков регулирует химические реакции в организмах. Это ферменты (биологические катализаторы). В настоящее время их известно более тысячи. Высокоразвитые организмы умеют вырабатывать еще и защитные белки - так называемые антитела, которые способны осаждать или связывать и тем обезвреживать проникшие извне в организм посторонние вещества и тела.
Наряду с белками важнейшие функции жизни несут нуклеиновые кислоты. В живом организме всегда происходит обмен веществ. Постоянно обновляется состав почти всех его клеток. Обновляются и белки клеток. Но ведь для каждого органа, для каждой ткани нужно изготовить свой особенный белок, со своим неповторимым порядком аминокислот в цепи. Хранители этого порядка - нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты являются своего рода шаблонами, по которым организмы строят свои белки. Часто образно говорят, что в них записан код синтеза белка. Для каждого белка - свой код, свой шаблон. У нуклеиновых кислот есть еще одна функция. Они шаблоны и для самих нуклеиновых кислот. Это своего рода «запоминающее устройство», при помощи которого каждый вид живых существ передает из поколения в поколение коды построения своих белков (см. ст. «Химия жизни»).
Опорные функции в живой природе выполняют не только белки. В растениях, например, опорные, скелетные вещества - целлюлоза и лигнин. Это тоже полимерные вещества, но совсем другого типа. Длинные цепи атомов целлюлозы построены из молекул глюкозы, относящейся к группе Сахаров. Поэтому целлюлозу относят к полисахаридам. Строение лигнина до сих пор окончательно не установлено. Это тоже полимер, по-видимому, с сетчатыми молекулами. А у насекомых опорные функции выполняет хитин - тоже полисахарид.
Есть большая группа веществ (жиры, сахара, или углеводы), которые переносят и запасают химическую энергию. Они (вместе с белками пищи) являются запасным строительным материалом, необходимым для образования новых клеток (см. ст. «Химия пищи»). Множество органических веществ (витамины, гормоны) в живых организмах играют роль регуляторов жизнедеятельности. Одни регулируют дыхание или пищеварение, другие - рост и деление клеток, третьи - деятельность нервной системы и т. п. В живых организмах содержатся многочисленные вещества самых разнообразных назначений: красящие, которым мир цветов обязан своей красотой, пахучие - привлекающие или отпугивающие, защищающие от внешних врагов, и много других. Растения и животные, даже каждая отдельная клетка - это маленькие, но очень сложные лаборатории, в которых возникают, превращаются и разлагаются тысячи органических веществ. Многочисленные и разнообразные химические реакции протекают в этих лабораториях в строго определенной последовательности. Создаются, растут и затем распадаются сложнейшие структуры...
Мир органических веществ окружает нас, мы сами состоим из них, и вся живая природа, среди которой мы живем и которую мы постоянно используем, состоит из органических веществ.
Строение природного полимера - белка фиброина шелка. Отдельные полимерные цепи соединены между собой водородными связями (пунктир).
Наш обзор, в котором клетки рассматриваются как единицы живой материи, не может быть полным, если мы не коснемся вирусов. Хотя вирусы и не являются живыми, они представляют собой образующиеся биологическим путем надмолекулярные комплексы, которые способны к самовоспроизведению в соответствующих клетках-хозяевах. Вирус состоит из молекулы нуклеиновой кислоты и окружающей ее защитной оболочки, или капсида, построенной из белковых молекул. Вирусы существуют в двух состояниях.
Рис. 2-23. Электронная микрофотография клеточной стенки растений. Стенка состоит из перекрещивающихся слоев целлюлозных волокон, погруженных в органический «клей». Стенки растительных клеток очень прочны, по своей структуре они напоминают бетонную плиту, укрепленную стальной арматурой.
Рис. 2-24. Репликация бактериофага в клетке-хозяине.
Одни вирусы содержат ДНК, а другие - РНК.
Известны сотни различных вирусов, специфичных в отношении определенных типов клеток-хозяев. Роль хозяев могут играть клетки животных, растений или бактерий (табл. 2-3). Вирусы, специфичные для бактерий, называются бактериофагами, или просто фагами (слово «фаг» означает поедать, поглощать). Капсид вирусов может быть построен из белковых молекул только одного типа, как это имеет место, например, в случае вируса табачной мозаики - одного из простейших вирусов, который первым был получен в кристаллическом виде (рис. 2-25). Другие вирусы могут содержать десятки и сотни белков различных типов. Размеры вирусов варьируют в широких пределах. Так, один из самых мелких вирусов, бактериофаг фХ174, имеет диаметр 18 нм, тогда как один из самых крупных вирусов - вирус осповакцины - по размерам своих частиц соответствует самым мелким бактериям. Вирусы различаются также по форме и степени сложности их структуры. К числу наиболее сложных относится бактериофаг Т4 (рис. 2-25), для которого клеткой-хозяином служит Е. coli. Фаг Т4 имеет головку, отросток («хвост») и сложный набор хвостовых нитей; при введении вирусной ДНК в клетку-хозяина они действуют совместно как «жало» или шприц для подкожных инъекций. На рис. 2-25 и в табл. 2-3 приведены данные о размерах, форме и массе частиц ряда вирусов, а также тип и величина входящих в их состав молекул нуклеиновых кислот. Некоторые вирусы необычайно патогенны для человека. К ним относятся, в частности, вирусы, вызывающие оспу, полиомиелит, грипп, простудные заболевания, инфекционный мононуклеоз и опоясывающий лишай. Считают, что причиной рака у животных также являются вирусы, которые могут находиться в латентном состоянии.
Таблица 2-3. Свойства некоторых вирусов
Вирусы играют все более важную роль в биохимических исследованиях, поскольку с их помощью удается получать необычайно ценную информацию о структуре хромосом, механизмах ферментативного синтеза нуклеиновых кислот и регуляции передачи генетической информации.
Углеводы состоят из...
углерода, водорода и кислорода
углерода, азота и водорода
углерода, кислорода и азота
Углеводы , или сахариды , - одна из основных групп органических соединений. Они входят в состав клеток всех живых организмов. Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. Название, они получили потому, что у большинства из них соотношение водорода и кислорода в молекуле такое же, как и в молекуле воды.
Общая формула углеводов: Сn (Н 2 О)m. Примерами могут служить глюкоза — С 6 Н 12 О 6 и сахароза — С 12 Н 22 О 11 . В состав производных углеводов могут входить и другие элементы. Все углеводы делятся на простые, или моносахариды , и сложные, или полисахариды . Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.
Функции углеводов: энергетическая, строительная, защитная, запасающая.
Определи из предложенных полисахариды.
крахмал, гликоген, хитин…
глюкоза, фруктоза, галактоза
рибоза, дезоксирибоза
Ди- и полисахариды образуются путём соединения двух и более моносахаридов. Дисахариды по своим свойствам близки к моносахаридам. И те, и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус. Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов, соединённых ковалентными связями. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и другие.
Нарушение природной структуры белка.
денатурация
ренатурация
дегенерация
Нарушение природной структуры белка называют денатурацией . Она может происходить под воздействием температуры, химических веществ, лучистой энергии и других факторов. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном — третичная, а затем — вторичная, и белок остаётся в виде полипептидной цепи. Этот процесс частично обратим: если не разрушена первичная структура, то денатурированный белок способен восстанавливать свою структуру. Таким образом, что все особенности строения макромолекулы белка определяются его первичной структурой.
Функция, благодаря которой происходит ускорение биохимических реакций в клетке.
каталитическая
ферментативная
оба ответа правильные
Функция сократительных белков.
двигательная
транспортная
защитная
Жгутик всех эукариотических клеток имеет длину около 100 мкм. На поперечном срезе можно увидеть, что по периферии жгутика расположены 9 пар микротрубочек, а в центре — 2 микротрубочки. Все пары микротрубочек связаны между собой. Белок, осуществляющий это связывание, меняет свою конформацию за счёт энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ. Это приводит к тому, что пары микротрубочек начинают двигаться друг относительно друга, жгутик изгибается и клетка начинает движение.
Функция белков, благодаря которой гемоглобин переносит кислород из лёгких к клеткам других тканей и органов.
транспортная
двигательная
оба ответа правильные
Важное значение имеет транспортная функция белков. Так, гемоглобин переносит кислород из лёгких к клеткам других тканей и органов. В мышцах эту функцию выполняет белок гемоглобин. Белки сыворотки крови (альбумин) способствуют переносу липидов и жирных кислот, различных биологически активных веществ. Присоединяя кислород, гемоглобин из синеватого становится алым. Поэтому кровь, в которой много кислорода, отличается по цвету от крови, в которой его мало. Транспортные белки в наружной мембране клеток переносят различные вещества из окружающей среды в цитоплазму.
Функция белка, поддерживающая постоянную концентрацию веществ в крови и клетках организма. Участвуют в росте, размножении и других жизненно важных процессах.
ферментативная
регуляторная
транспортная
В состав молекулы ДНК входят азотистые основания...
аденин, гуанин, цитозин, тимин
аденин, гуанин, лейцин, тимин
нет правильного ответа
В состав молекулы ДНК входят четыре типа азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов.
Определи состав нуклеотида.
остаток фосфорной кислоты, цитидин, углевод
азотистое основание, углевод, ДНК
азотистое основание, углевод, остаток фосфорной кислоты
Каждый нуклеотид состоит из трёх компонентов, соединённых прочными химическими связями. Это азотистое основание, углевод (рибоза или дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты.
Название связи между аденином и тимином при образовании двуцепочной молекулы ДНК.
одинарная
двойная
тройная
Молекула ДНК представляет собой двойной ряд нуклеотидов, сшитых в продольном и поперечном направлении Каркасом её структуры служат углеводы, надёжно связанные фосфатными группами в две цепочки. Между цепями «лесенкой» расположены азотистые основания, притянутые друг к другу слабыми водородными связями (в случае аденин-тимин — связь двойная ).
Определи состав аденозинтрифосфата:
аденин, урацил, два остатка фосфорной кислоты
аденин, рибоза, три остатка фосфорной кислоты
Нуклеиновая кислота аденозинтрифосфата (АТФ) состоит из одного-единственного нуклеотида и содержит две макроэргические (богатые энергией) связи между фосфатными группами. АТФ совершенно необходима в каждой клетке, так как она играет роль биологического аккумулятора — переносчика энергии. Она нужна везде, где происходит запасание энергии или её освобождение и использование, то есть практически в любой биохимической реакции, поскольку подобные реакции происходят в каждой клетке почти непрерывно, каждая молекула АТФ разряжается и вновь заряжается, например, в организме человека в среднем один раз в минуту. АТФ содержится в цитоплазме, митохондриях, пластидах и ядрах.
вирус
Задания части А. Выберите один правильный ответ из четырех предложенных
А1. Низшим уровнем организации живого является:
1) атомный
2) клеточный
3) молекулярный
4) организменный
А2. Среди пеерчисленных веществ не является биологическим полимером:
2) глюкоза
3) гликоген
4) гемоглобин
А3. Неорганическими веществами клетки являются:
1) углеводы и жиры
2) нуклеиновые кислоты и вода
3) белки и жиры
4) вода и минеральная вода
А4. Органические вещества клетки, обеспечивающие хранение наследственной информации и передачу ее потомкам, основа ее генетического аппарата:
3) углеводы
4) нуклеиновые кислоты
А5. Из перечисленных углеводом моносахаридом является:
2) крахмал
3) сахароза
4) фруктоза
А6. Молекулы липидов состоят из:
1) аминоксилот
2) моносахаридов
3) воды и минеральных веществ
4) глицерина и высших жирных кислот
А7. По сравнению с окислением 1 г углеродов при оксилении жиров такой же массы образуется энергии:
1) меньше в два раза
2) больше в два раза
3) больше в четыре раза
4) одинаковое количество
А8. Органические вещества, являющиеся основным строительным материалом структур клетки и принимающие участие в регуляции процессов ее жизнедеятельности, - это:
1) белки
3) углеводы
4) нуклеиновые кислоты
А9. Все многообразие белков образуется за счет различного сочетания в их молекулах:
1) 4 аминокислот
2) 20 аминокислот
3) 28 аминокислот
4) 56 аминокислот
А10. Нивысший уровень пространственной структурной конфигурации молекулы гемоглобина:
1) первичный
2) вторичный
3) третичный
4) четвертичный
А11. Мономерами молекул нуклеиновых кислот являются:
1) нуклеотиды
2) моносахариды
3) аминоксилоты
4) высшие жирные кислоты
А12. В состав ДНК входит сахар:
2) глюкоза
3) фруктоза
4) дезоксирибоза
А13. Укажите пару комплементарный нуклеотидов в молекуле ДНК:
2) А-Т
А14. Для участка ДНК АЦЦГТААТГ укажите комплементарую цепь:
1) ААГГТЦАГТ
2) ТГГЦТААЦЦ
3) ТЦЦГТТАЦГ
4) ТГГЦАТТАЦ
А15. В состав АТФ входиьт:
1) рибоза, аденин, три остатка фосфорной кислоты
2) рибоза, аденин, один остаток фосфорной кислоты
3) рибоза, дезоксирибоза, три остатка фосфорной кислоты
4) дезоксирибоза, аденин, три остатка фосфорной кислоты
А16. АТФ играет важную роль в метаболизме организмов, так как:
1) является структурной основой нуклеотидов
2) содержит микроэнергический связи
3) обычно является конечным продуктом обмена веществ
4) ее можно быстро получить из среды, окружающей организм
А17. К водорастворимым относится витамин:
2) С
А18. По химическому составу большинство ферментов являются:
2) белками
3) углеводами
4) нуклеиновыми кислотами
2) вирусы
3) бактерии
4) одноклеточные растения
А20. Вирусы состоят из:
1) целлюлозной оболочки, цитоплазмы, ядра
2) белковой оболочки и цитоплазмы
3) нуклеиновой кислоты и белковой оболочки
4) нескольктх микроскопических клеток
Задания части В. Выберите три правильных ответа из шести предложенных
В1. Молекула ДНК отличается от иРНК тем, что:
1) она свернута в спираль
2) состоит из двух полинуклеотидных цепочек
3) состоит из одной полинуклеотидной цепочки
4) обладает способностью самоудваивания
5) не обладает способностью самоудваивания
6) служит матрицей для сборки полипептидной цепи
В2. Для углеводов характерны следующие функции:
1) сигнальная
2) структурная
3) транспортная
4) регуляторная
5) энергетическая
6) ферментативная
Установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов
В3. Соотнесите органическое вещество и функцию, выполняемую им в клетке и/или в организме
а б в г д 5 1 4 2 3
Установите правильную последовательность биологических процессов, явлений, практических действий
В4. Установите последовательность образования структуры молекулы белка гемоглобина
а) скручивание молекул белка в спираль
б) образование пептидных связей между аминокислотами и формирование пептидной цепи
в) объединение нескольких глобул
г) скручивание молекулы белка в клубок