рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Обзор литературы

Работа сделанна в 2010 году

Обзор литературы - Курсовая Работа, раздел Биология, - 2010 год - Органичексие вещества в клетке Обзор Литературы. Органические Вещества Образуют Около 20 - 30% Состава Клетк...

Обзор литературы. Органические вещества образуют около 20 - 30% состава клетки. Биополимеры. К биополимерам относятся углеводы и белки. Биологическая роль углеводов общая формула CnH2nOn Углеводы Где содержатся Биологическая роль Какие белки-ферменты и белки-гормоны действуют на углеводы Моносахариды: a) Глюкоза b) Рибоза В клетках В сотаве нуклеиновых кислот Источник энергии Входит в структуру гена Ферменты клеточных мембран Фермент рибонуклеаза Дисахариды: a) Свекловичный сахар b) Молочный сахар В клетках растений В молоке Источник энергии Источник энергии Ферменты кишечника человека и животных Ферменты сока поджелудочной железы Полисахариды: a) Крахмал b) Гликоген В клетках растений В клетках печени Источник энергии Источник энергии Ферменты слюны, сока поджелудочной железы Белок-гормон инсулин Итак, первые и важные представители органических веществ. 1. БЕЛКИ, высокомолекулярные природные полимеры, построенные из остатков аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью —СО—NH—. Каждый белок характеризуется специфичностью аминокислотной последовательностью и индивидуальной пространств, структурой (конформацией). На долю белков приходится не менее 50% сухой массы органической соединительной животной клетки.

Функционирование белков лежит в основе важнейших процессов жизнедеятельности организма.

Обмен веществ (пищеварение, дыхание и др.), мышечное сокращение, нервная проводимость и жизнь клетки в целом неразрывно связаны с активностью ферментов - высокоспецифичных катализаторов биохимических ракций, являющихся белками.

Основу костной и соединительной тканей, шерсти, роговых образований составляют структурные белки. Они же формируют остов клеточных органелл (митохондрий, мембран и др.). Важную группу составляют регуляторные белки, контролирующие биосинтез белков и нуклеиновых кислот.

Информация о состоянии внешней среды, различают регуляторные сигналы (в т. ч. гормональные) воспринимаются клеткой с помощью специальных рецепторных белков, располагающихся на наружной поверхности плазматической мембраны. Эти белки играют важную роль в передаче нервного возбуждения и в ориентированном движении клетки (хемотаксисе). Большое значение имеют пищевые и запасные белки (например, Казеин, Проламины), играющие важную роль в развитии и функционировании организмов.

Защитные системы высших организмов формируются защитными белками, к которым относятся иммуноглобулины (ответственны за иммунитет), белки комплемента (ответственны за лизис чужеродных клеток и активацию иммунологической функции), белки системы свертывания крови (например, Тромбин, Фибрин) и противовирусный белок интерферон. По составу белки делят на простые, состоящие только из аминокислотных остатков, и сложные. Сложные могут включать ионы металла (металлопротеиды) или пигмент (хромопротеиды), образовывать прочные комплексы с липидами (липопротеины), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), а также ковалентно связывать остаток фосфорной кислоты (фосфопротеиды), углевода (гликопротеины) или нуклеиновой кислоты. В соответствии с формой молекул белки подразделяют на глобулярные и фибриллярные.

Молекулы первых свернуты в компактные глобулы сферической или эллипсоидной формы, молекулы вторых образуют длинные волокна (фибриллы) и высокоасимметричны.

Большинство глобулярных белков, в отличие от фибриллярных, растворимы в воде. Особую группу составляют мембранные (амфипатические) белки, характеризующиеся неравномерным распределением гидрофильных и гидрофобных (липофильных) участков в молекуле: погруженная в биологическую мембрану часть глобулы состоит преимущественно из липофильных аминокислотных остатков, а выступающая из мембраны - из гидрофильных. 1.1. Строение белковых молекул. Практически все белки построены из 20 аминокислот, принадлежащих, за исключением глицина, к L-ряду. Аминокислоты соединены между собой пептидными связями, образованными карбоксильной и аминогруппами соседних аминокислотных остатков (см.формулуI): Белковая молекула может состоять из одной или нескольких цепей, содержащих от 50 до нескольких сотен (иногда - более тысячи) аминокислотных остатков.

Молекулы, содержащие менее 50 остатков, часто относят к пептидам. В состав многих молекул входят остатки цистина, дисульфидные связи которых ковалентно связывают участки одной или нескольких цепей.

Различают четыре уровня организации белковых молекул. Последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называется первичной структурой. Все белки различаются по первичной структуре; потенциально возможное их число практически неограниченно. Термин "вторичная структура" относится к типу укладки полипептидных цепей. Наиболее часто встречающиеся типы - правая спираль и структура. Первая характеризуется планарностью пептидной группы; водородные связи между СО-и NH-группами пептидной цепи замыкают циклы из 13 атомов. В случае структуры, или структуры складчатого листа, полипептидные цепи растянуты, уложены параллельно друг другу и связаны между собой водородными связями.

Остов цепи не лежит в одной плоскости, а вследствие небольших изгибов при углеродных атомах образует слегка волнистый слой. Боковые группы располагаются перпендикулярно плоскости слоя. Под третичной структурой белков понимают расположение его полипептидной цепи в пространстве. Существенное влияние на формирование третичной структуры оказывают размер, форма и полярность аминокислотных остатков.

В молекулах глобулярных белков большая часть гидрофобных остатков скрыта внутри глобулы, а полярные группировки располагаются на ее поверхности в гидратированном состоянии. Однако ситуация не всегда настолько проста. Связывание белка с другими молекулами, например, фермента с его субстратом или коферментом, почти всегда осуществляется с помощью небольшого гидрофобного участка на поверхности глобулы.

Область контакта мембранных белков с липидами формируется преимущественно гидрофобными остатками. Третичная структура многих белков составляется из нескольких компактных глобул, называемых доменами. "Четвертичная структура" относится к макромолекулам, в состав которых входит несколько полипептидных цепей (субъединиц), не связанных между собой ковалентно. Такая структура отражает способ объединения и расположения этих субъединиц в пространстве. Между собой отдельные субъединицы соединяются водородными, ионными, гидрофобными и другими связями.

Изменение рН и ионной силы раствора, повышение температуры или обработка детергентами обычно приводят к диссоциации макромолекулы на субъединицы. Этот процесс обратим: при устранении факторов, вызывающих диссоциацию, может происходить самопроизвольная реконструкция исходной четвертичной структуры. Явление носит общий характер: по принципу самосборки функционируют многие биол. структуры. Способность к самосборке свойственна и отдельным фрагментам белков - доменам.

Более глубокие изменения конформации белков с нарушением третичной структуры называемой денатурацией. 2. ЖИРЫ Жиры, органические соединения, полные сложные эфиры глицерина (триглицериды) и одноосновных жирных кислот; входят в класс липидов. Наряду с углеводами и белками жиры — один из главных компонентов клеток животных, растений и микроорганизмов. Строение жиров отвечает общей формуле: CH2-O-CO-R’ CH-О-CO-R’’ CH2-O-CO-R’’’, где R’, R’’ и R’’’ — радикалы жирных кислот.

Все известные природные жиры содержат в своём составе три различных кислотных радикала, имеющих неразветвлённую структуру и, как правило, чётное число атомов углерода. Из насыщенных жирных кислот в молекуле жиров чаще всего встречаются стеариновая и пальмитиновая кислоты, ненасыщенные жирные кислоты представлены в основном олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами. Физико-химические и химические свойства жиров в значительной мере определяются соотношением входящих в их состав насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Жиры нерастворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях, но обычно плохо растворимы в спирте. При обработке перегретым паром, минеральными кислотами или щёлочью жиры подвергаются гидролизу (омылению) с образованием глицерина и жирных кислот или их солей. При сильном взбалтывании с водой образуют эмульсии. Примером стойкой эмульсии жиров в воде является молоко.

Эмульгирование жиров в кишечнике (необходимое условие их всасывания) осуществляется солями жёлчных кислот. Природные жиры подразделяют на жиры животные и растительний. В организме жиры — основной источник энергии. Энергетическая ценность жиров в 2 с лишним раза выше, чем углеводов. Жиры, входящие в состав большинства мембранных образований клетки и субклеточных органелл, выполняют важные структурные функции. Благодаря крайне низкой теплопроводности жир, откладываемый в подкожной жировой клетчатке, служит термоизолятором, предохраняющим организм от потери тепла, что особенно важно для морских теплокровных животных (китов, тюленей и др.). Вместе с тем жировые отложения обеспечивают известную эластичность кожи. Содержание жиров в организме человека и животных сильно варьирует.

Особенно высоко содержание жиров у с х. животных при их специальном откорме. В организме животных различают жиры запасные (откладываются в подкожной жировой клетчатке и в сальниках) и протоплазматические (входят в состав протоплазмы в виде комплексов с белками, называемые липопротеидами). При голодании, а также при недостаточном питании в организме исчезает запасной жир, процентное же содержание в тканях протоплазматических жиров остаётся почти без изменений даже в случаях крайнего истощения организма.

Запасной жир легко извлекается из жировой ткани органическими растворителями. Протоплазматические жиры удаётся извлечь органическими растворителями только после предварительной обработки тканей, приводящей к денатурации белков и распаду их комплексов с жирами.

В растениях жиры содержатся в сравнительно небольших количествах. Исключение составляют масличные растения, семена которых отличаются высоким содержанием жиров. 3. УГЛЕВОДЫ, обширная группа органических соединений, входящих в состав всех живых организмов. Первые известные представители этого класса веществ по составу отвечали общей формуле CmH2nOn, то есть углерод + вода (отсюда название); позднее к углеводам стали относить также их многочисленные производные с иным составом, образующиеся при окислении, восстановлении или введении заместителей. Тростниковый сахар (сахарозу) можно считать первым органическим веществом, выделенным в химически чистом виде. 3.1. Классификация и распространение углеводов.

Углеводы принято делить на три основных группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Обычные моносахариды представляют собой полиокси-альдегиды (альдозы) или полпоксикетоны (кетозы) с линейной цепью атомов углерода (m = 3—9), каждый из которых (кроме карбонильного углерода) связан с гидроксильной группой.

Простейший из моносахаридов — глицериновый альдегид — содержит один асимметрический атом углерода и известен в виде двух оптических антиподов (D и L). Прочие моносахариды имеют несколько асимметрических атомов углерода. Характерное свойство моносахаридов в растворах — способность к мутаротации, то есть установлению таутомерного равновесия между ациклической альдегидо- или кетоформой, двумя пятичленными (фуранозными) и двумя шестичленными (пиранозными) циклическими полуацетальными формами.

Образующиеся пиранозы (как и фуранозы) различаются конфигурацией возникающего при циклизации асимметрического центра у карбонильного атома углерода (на схеме помечен звёздочкой). К наиболее типичным моносахаридам относятся D-глюкоза, D-манноза, D-галактоза, D-фруктоза, D-ксилоза, L-арабиноза. Олигосахариды содержат в своём составе 2—10 моносахаридов, связанных гликозидными связями.

Наиболее распространены в природе дисахариды сахароза, трегалоза, лактоза. Известны многочисленные гликозиды оли-госахаридов, к которым относятся различные физиологически активные вещества (например, флавоноиды, сердечные гликозиды, сапонины, многие антибиотики, гликолипиды). Полисахариды — высокомолекулярные, линейные или разветвленные соединения, молекулы которых построены из моносахаридов, связанных гликозидными связями. В состав полисахаридов могут входить также заместители неуглеводной природы (остатки фосфорной, серной и жирных кислот). В свою очередь цепи полисахаридов могут присоединяться к белкам с образованием гликопротеидов.

Отдельную группу составляют биополимеры, в молекулах которых остатки моно- или олигосахаридов соединены друг с другом не гликозидными, а фосфодиэфирными связями; к этой группе относятся тейхоевые кислоты из клеточных стенок грамположительных бактерий, некоторые полисахариды дрожжей, а также нуклеиновые кислоты, в основе которых лежит полирибозофосфатная (РНК) или поли-2-дезоксирибозофосфатная (ДНК) цепь. 3.2. Физико-химические свойства углеводов.

Благодаря обилию полярных (гидроксильных, карбонильной и др.) групп в молекулах моносахаридов они хорошо растворимы в воде и нерастворимы в неполярных органических растворителях (бензоле, петролейном эфире и др.). Способность к таутомерным превращениям обычно затрудняет кристаллизацию моносахаридов. Если такие превращения невозможны, как в гликозидах или олигосахаридах типа сахарозы, вещества кристаллизуются легко.

Многие гликозиды с малополярными агликонами (например, сапонины) проявляют свойства поверхностно-активных соединений. 3.3. Биологическая роль углеводов. Роль углеводов в живых организмах чрезвычайно многообразна. В растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза и служат исходными соединениями для биосинтеза разнообразных гликозидов, полисахаридов, а также веществ других классов (аминокислот, жирных кислот, полифенолов и т.д.). Эти превращения осуществляются соответствующими ферментными системами, субстратами для которых служат, как правило, богатые энергией фосфорилированные производные сахаров, главным образом нуклеозиддифосфатсахара.

Углеводы запасаются в виде крахмала в высших растениях, в виде гликогена в животных, бактериях и грибах и служат энергетическим резервом для жизнедеятельности организма. В виде гликозидов в растениях и животных осуществляется транспорт различных продуктов обмена веществ.

Жёсткая клеточная стенка у высших растений построена из целлюлозы и гемицеллюлоз; в построении клеточной стенки грибов и наружного скелета членистоногих принимает участие хитин. В организме животных и человека опорные функции выполняют сульфатированные мукополисахариды соединительной ткани, свойства которых позволяют обеспечить одновременно сохранение формы тела и подвижность отдельных его частей; эти полисахариды также способствуют поддержанию водного баланса и избирательной катионной проницаемости клеток.

Особенно важную и до конца ещё не изученную роль играют сложные углеводы в образовании специфических клеточных поверхностей и мембран. Так, гликолипиды — важнейшие компоненты мембран нервных клеток, липополисахариды образуют наружную оболочку грамотрицательных бактерий. Углеводы клеточных поверхностей часто определяют явление иммунологической специфичности, что строго доказано для групповых веществ крови и ряда бактериальных антигенов.

Имеются данные, что углеводные структуры принимают участие также в таких высокоспецифичных явлениях клеточного взаимодействия, как оплодотворение, «узнавание» клеток при тканевой дифференциации и отторжении чужеродной ткани и т.д. 4. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (полинуклеотиды), биополимеры, осуществляющие хранение и передачу генетической информации во всех живых организмах, а также участвующие в биосинтезе белков. Первичная структура нуклеиновых кислот представляет собой последовательность остатков нуклеотидов.

Последние в молекуле нуклеиновых кислот образуют неразветвленные цепи. В зависимости от природы углеводного остатка в нуклеотиде (D-дезоксирибозы или D-рибозы) нуклеиновые кислоты подразделяют соответственно на дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты. В молекуле ДНК гетероциклы, входящие в остаток нуклеотида, представлены двумя пуриновыми основаниями - адeнином (А) и гуанином (G), и двумя пиримидиновыми основаниями тимиком (Т) и цитозином (С); РНК вместо Т содержит урацил (U). Кроме того, в нуклеиновых кислотах в небольших количествах обнаруживаются модифицированные остатки нуклеозидов так называемые минорные нуклеозиды, которыми особенно богаты транспортные рибонуклеиновые кислоты (тРНК). Отдельные нуклеотидные остатки связаны между собой в полинуклеотидных цепях 3 5 фосфодиэфирными связями (см. формулу). Свойства ДНК и РНК различны.

Так, РНК легко расщепляется щелочами до мононуклеотидов (благодаря наличию группы 2 ОН), в то время как полинуклеотидные цепи ДНК в тех же условиях стабильны.

Это структурное различие определяет и меньшую устойчивость к воздействию кислот N-гликозидных связей (связь между гетероциклом и остатком рибозы) в ДНК по сравнению с РНК. Структура ДНК описывается как комплекс двух полинуклеотидных антипараллельных цепей, закрученных относительно общей оси, так что углевод-фосфатные цепи составляют периферию молекулы, а азотсодержащие гетероциклы направлены внутрь. Двойная спираль ДНК (стрелками показано направление полинуклеотидной цепи). Установлено, чго молекула ДНК в клетке представляет собой совокупность генов, регуляторных участков (последовательностей, связывающихся с регуляторными белками и управляющих уровнем экспрессии генов), районов, участвующих в организации генов в хромосомах, а также последовательностей, функции которых не известны.

ДНК образуют кольцевые структуры. В том случае, если обе полинуклеотидные цепи ДНК ковалентно непрерывны, ДНК может находиться в сверхспирализованной (сверхскрученной) форме.

В клетках сверхспирализация осуществляется ферментами ДНК-гиразами (топоизомеразами II). Сверхспирализация двухцепочечной кольцевой ДНК под действием ДНК-гиразы: 1 - кольцевая форма ДНК; 2 - сверхспирализованная форма ДНК. 4.1. Рибонуклеиновые кислоты. РНК, как правило, построены из одной полинуклеотидной цепи, характерный элемент вторичной структуры которой "шпильки", перемежающиеся однотяжевыми участками. Шпилька - двутяжевая спиральная структура, образующаяся в результате комплементарного спаривания оснований (А с U и G с С). Шпильки и соединяющие их одно-тяжевые участки РНК укладываются в компактную третичную структуру.

Известны редкие примеры целиком двухспиральных молекул РНК. 4.2. Определение первичной структуры (Секвенирование) нуклеиновых кислот. Секвенирование нуклеиновых кислот позволяет определить в одном эксперименте последовательность нуклеотидов в ДНК или РНК, содержащих несколько сотен мономерных звеньев.

Методы основаны на общем принципе - определении с помощью высоко разрешающего электрофореза в полиакриламидном геле с точностью до одного нуклеотида длины всех возможных фрагментов секвенируемого участка нуклеиновой кислоты, содержащих на одном конце одну и ту же последовательность нуклеотидов (гомогенный фрагмент), а на другом один и тот же нуклеотид. 4.3. Получение нуклеиновых кислот. В клетках нуклеиновые кислоты связаны с белками, образуя нуклеопротеиды. Выделение нуклеиновых кислот сводится преимущественно к очистке их от белков.

Для этого препараты, содержащие нуклеиновые кислоты, обрабатывают ПАВ и экстрагируют белки фенолом. Последняя очистка и фракционирование нуклеиновых кислот проводятся с помощью ультрацентрифугирования, различных видов жидкостной хрома-тографии и гель-электрофореза. Для получения индивидуальных нуклеиновых кислот обычно используют различные варианты последнего метода. Современные методы химического синтеза нуклеиновых кислот позволяют получать крупные фрагменты ДНК, в т.ч. целые гены. Синтез нуклеиновых кислот Сравнительная характеристика ДНК и РНК Признаки сравнения ДНК РНК Местонахождение в клетке Ядро, митохондрии, хлоропласты Ядро, рибосомы, цитоплазмы, митохондрии, хлоропласты Местонахождение в ядре Хромосомы Ядрышко Строение макромолекулы Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью Одинарная полинуклеотидная цепочка Состав нукотидов Азотистое основание (аденин, гуанин, тимин, цитозин); дезоксирибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты Азотистое основание (аденин, гуанин, урацил, цитозин); рибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты Функции Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК и РНК, информация о структуре белков Информационная (иРНК) передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы; рибосомальная (рРНК) входит в состав рибосом; транспортная (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Органичексие вещества в клетке

Это комплексная наука, связанная с химией, физикой, математикой, другими биологическими науками. Клетка - самая мелкая единица живого, лежащая в… Эти положения явились важнейшими доказательствами единства происхождения всех… Клеточная теория – одно из выдающихся обобщений биологии прошлого столетия, давшее основу для материалистического…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Обзор литературы

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Практическая часть
Практическая часть. Установите соответствие: Строение вещества название вещества I. А) мономер а) аминокислота, б) нуклеотид, в) ДНК Б) полимер г) глюкоза, д) крахмал, е) белок II. А) моносахариды

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги