Что такое днк биология 9 класс
ДНК: история одной макромолекулы
25 апреля – День ДНК!
Открытие ДНК произошло в 1869 году швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером, но потребовалось более 80 лет, чтобы важность этого открытия была полностью осознана. И даже сегодня, по прошествии более 150 лет, новые исследования и технологии продолжают предлагать более глубокое понимание вопроса: почему важна ДНК?
Наследственный материал человека, известный как дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, представляет собой длинную молекулу, содержащую информацию, необходимую организму для развития и размножения. ДНК находится в каждой клетке тела и передается от родителя к ребенку.
ДНК является самовоспроизводящимся материалом, который есть в каждом живом организме. Проще говоря, это носитель всей генетической информации. Он содержит своеобразные инструкции, необходимые организму для развития, роста, размножения. Это одна длинная молекула, которая содержит наш генетический «код». Этот «код» является отправной точкой для нашего развития, но влияние внешних факторов, таких как наш образ жизни, окружающая среда и питание, в конечном итоге формируют человека.
Из чего состоит ДНК?
ДНК человека уникальна тем, что состоит из почти 3 миллиардов пар оснований, и около 99 процентов из них одинаковы для каждого человека. Тем не менее, именно последовательность этих оснований определяет, каким будет этот организм.
Подумайте о ДНК как об отдельных буквах алфавита — буквы объединяются друг с другом в определенном порядке, образуя слова, предложения и истории. Та же самая идея верна для ДНК: то, как азотистые основания упорядочены в последовательностях ДНК, формирует гены, которые «говорят» вашим клеткам, как производить белки. Рибонуклеиновая кислота (РНК), другой тип нуклеиновой кислоты, образуется в процессе транскрипции (при репликации ДНК). Функция РНК заключается в том, чтобы транслировать генетическую информацию из ДНК в белки, когда она декодируется рибосомой.
ДНК содержит жизненно важную информацию, которая передается из поколения в поколение. Молекулы ДНК в ядре клетки плотно обвиваются, образуя хромосомы, которые помогают хранить важную информацию в виде генов.
ДНК работает путем копирования себя в эту одноцепочечную молекулу под названием РНК. РНК похожа на ДНК, но она содержит некоторые существенные молекулярные различия, которые выделяют ее. РНК действует как посланник, передавая жизненно важную генетическую информацию в клетке от ДНК через рибосомы для создания белков, которые затем образуют все живое.
Как была обнаружена ДНК?
Кто открыл ДНК?
Полный ответ на вопрос, кто открыл ДНК, сложен, потому что, по правде говоря, многие люди внесли свой вклад в то, что мы знаем об этом сейчас.
1866 — Грегор Мендель, известный как «Отец генетики», был фактически первым, кто предположил, что характеристики передаются из поколения в поколение. Мендель обосновал термины, которые мы все знаем сегодня: рецессивные и доминирующие признаки.
1869 — Фридрих Мишер идентифицировал «нуклеин», выделив молекулу из ядра клетки, которая впоследствии стала известна как ДНК.
1881 — лауреат Нобелевской премии немецкий биохимик Альбрехт Коссель, которому приписывают наименование ДНК, идентифицировал нуклеин как нуклеиновую кислоту. Он также выделил те пять азотистых оснований, которые в настоящее время считаются основными строительными блоками ДНК и РНК: аденин (A), цитозин ©, гуанин (G) и тимин (T) (который заменяется урацилом (U). ) в РНК).
1882 — Вскоре после открытия Косселя Вальтер Флемминг обнаружил митоз в 1882 году, став первым биологом, который выполнил полностью систематическое исследование деления хромосом. Его наблюдения, что хромосомы удваиваются, важны для позже обнаруженной теории наследования.
Начало 1900-х годов — Теодор Бовери и Уолтер Саттон независимо работали над тем, что сейчас известно как теория хромосом Бовери-Саттона или хромосомная теория наследования. Их выводы являются основополагающими в нашем понимании того, как хромосомы переносят генетический материал и передают его из поколения в поколение.
1944 — Освальд Эвери обосновал, что ДНК, а не белки, трансформируют свойства клеток.
1944 — 1950 — Эрвин Чаргафф обнаружил, что ДНК отвечает за наследственность. Его открытия, известные как «Правила Чаргаффа», доказали, что единицы гуанина и цитозина, а также единицы аденина и тимина одинаковы в двухцепочечной ДНК, и он также обнаружил, что ДНК различается у разных видов.
1951 — работа Розалинд Франклин доказала спиральную форму ДНК, что было подтверждено Уотсоном и Криком почти два года спустя. Ее выводы были признаны только посмертно.
25 апреля 1953 — Уотсон и Крик, опираясь на достижения Чаргаффа и Франклин, опубликовали структуру двойной спирали ДНК. Этот день во всем мире отмечается как день ДНК.
Что такое ДНК и РНК в биологии?
Бесценным открытием молекулярной биологии стала расшифровка генетического кода высших существ. В результате ученые смогли определить способности клетки хранить и передавать генетическую информацию.
Основная роль в этих процессах принадлежит нуклеиновым кислотам, которых в природе различают два вида. В частности, это ДНК и РНК. Что представляют собой эти макромолекулы?
Что такое ДНК?
ДНК расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота. Она представляет собой одну из трех макромолекул клетки (две другие – белки и рибонуклеиновая кислота). Кислота обеспечивает сохранение и передачу генетического кода развития и деятельности организмов. Простыми словами, ДНК – носитель генетической информации.
В ее составе содержится генотип индивида, который обладает способностью к самовоспроизводству и передает информацию по наследству.
Как химическое вещество кислота была выделена из клеток еще в 1860-х годах. Однако вплоть до середины XX столетия никто и не предполагал, что она способна хранить и передавать информацию.
Долгое время считалось, что эти функции выполняют белки, однако в 1953 году группа биологов сумела значительно расширить понимание сути молекулы и доказать первостепенную роль ДНК в сохранении и передаче генотипа. Находка стала открытием века, а ученые получили за свою работу Нобелевскую премию.
Из чего она состоит?
ДНК является крупнейшей из биологических молекул и представляет собой четыре нуклеотида, состоящих из остатка фосфорной кислоты. В структурном отношении кислота достаточно сложная.
ДНК имеет свойство повреждаться радиацией или различными окисляющими веществами, в силу чего в молекуле происходит процесс мутации. Но в функционирование кислоты напрямую зависит от ее взаимодействия с еще одной молекулой – белками. Вступая с ними во взаимосвязь в клетке, она образует вещество хроматин, внутри которого осуществляется реализация информации.
Что такое РНК?
РНК – это рибонуклеиновая кислота, содержащая в себе азотистые основания и остатки фосфорных кислот.
Существует гипотеза, что она является первой молекулой, получившей способность к самовоспроизводству. Причем случилось это в эпоху формирования нашей планеты – в добиологических системах.
Рибонуклеиновая кислота состоит из 4-х нуклеотидов, но вместо двойной спирали ее цепочки соединяются одинарной кривой. В нуклеотидах содержится рибоза, принимающая активное участие в обмене веществ. В зависимости от способности кодировать белок РНК делятся на матричную и некодирующие.
Первая выступает своего рода посредником в передаче закодированной информации рибосомам. Вторые не могут кодировать белки, но обладают другими возможностями – трансляцией и лигированием молекул.
Чем ДНК отличается от РНК?
По своему химическому составу кислоты очень схожи друг с другом. Обе относятся к линейным полимерам и являют собой N-гликозид, созданный из остатков пятеуглеродного сахара.
Но разница в том, что сахарный остаток РНК – это рибоза, моносахарид из группы пентоз, легко растворяющийся в воде. Сахарный остаток ДНК – это дезоксирибоза, или производная рибозы, имеющая несколько иную структуру.
Но в отличие от рибозы, формирующей кольцо из 4 атомов углерода и 1 атома кислорода, в дезоксирибозе второй атом углерода замещается водородом.
Еще одно отличие между ДНК и РНК заключается в их размерах – первая молекула более крупная. Кроме этого, среди четырех нуклеотидов, входящих в ДНК, один представляет собой азотистое основание под названием тимин. Но в РНК вместо тимина присутствует его разновидность – урацил.
Что такое ДНК и как она работает?
Если и есть что-то, что объединяет и разделяет все живые организмы в мире, то это ДНК.
Растения, животные и бактерии содержат важную биологическую молекулу, известную как ДНК или дезоксирибонуклеиновая кислота. ДНК содержит всю информацию, необходимую для создания и поддержания живых организмов. Вы можете думать об этом как о совершенно секретном руководстве самой природы!
Какова структура ДНК?
Таким образом, молекула ДНК подобна лестнице, которая крутится, как штопор, при этом сахар и фосфат действуют как боковые направляющие, а пары оснований действуют как ступеньки.
Где в теле мы находим ДНК?
Упаковка ДНК в ядро клетки
Но что делает ДНК?
Однако, чтобы понять, как именно декодируются кодоны, нам нужно отправиться в штаб-квартиру.
ДНК хранится в «штаб-квартире» клетки, ядре, где различные «секретные агенты», называемые ферментами, получают этот важный документ (ДНК). Им нужна информация, хранящаяся в ДНК, для создания важных машин, известных как белки.
Различия между РНК и ДНК
Вместо этого кусочки информации из ДНК копируются в более мелкие одноцепочечные молекулы, известные как информационная рибонуклеиновая кислота (РНК). МРНК выходит из штаб-квартиры и попадает на фабрику белка, которой является рибосома. В рибосоме инструкции по присоединению аминокислот, кодируемые на РНК, интерпретируются как образование белка. Аминокислоты прикрепляются одна за другой, как бусинки в ожерелье, до тех пор, пока процесс не будет завершен, как определено кодами инструкций.
Вновь построенные белки, с небольшими изменениями по пути, образуют клетки, которые, в свою очередь, образуют ткани, которые затем образуют органы. В совокупности все эти органы образуют живое существо.
Теперь тип живого существа полностью зависит от последовательности и количества вышеупомянутых оснований ДНК. Например, полное руководство для людей состоит из 3 миллиардов букв или оснований. Около 99% этих баз одинаковы у всех людей. Только оставшийся 1% делает каждого из нас уникальным.
Но где мы берем нашу ДНК?
Мы наследуем нашу ДНК от наших родителей, которые получили свою ДНК от своих родителей, которые получили ее от своих родителей и так далее, еще несколько миллиардов лет назад, когда появилась самая первая форма жизни. Вот почему у вас могут быть голубые глаза, как у отца, или кудрявые каштановые локоны, как у матери. Некоторые заболевания, такие как серповидно-клеточная анемия, муковисцидоз, гемофилия и другие, также могут передаваться потомству через ДНК.
Какой бы универсальной ни была эта единственная молекула, она все равно очень хрупкая! Период полураспада ДНК составляет 521 год, а это означает, что возраст самого старого организма, который мы можем клонировать, не может быть более 2 миллионов лет! Хотя это может разочаровать некоторых поклонников кино, это означает, что Парк Юрского периода, скорее всего, останется произведением фантастики навсегда!
Урок Бесплатно Нуклеиновые кислоты. АТФ. Витамины
Введение
Долгое время функция нуклеиновых кислот в клетке была неясна, считалось что эти вещества являются всего лишь запасником фосфора в организме.
Хотя Ф. Мишер писал, что это вещество явно связано с процессом оплодотворения, но до середины XX века биологи так и не могли разгадать загадку нуклеиновых веществ.
По мнению ученых того времени, строение молекул нуклеиновых кислот было слишком однообразным и не могло рассматриваться в качестве носителя генетической информации.
Постепенно было доказано, что именно нуклеиновые кислоты являются носителем наследственной информации, благодаря им дочерние клетки наследуют свойства и признаки материнской клетки.
Нуклеиновые кислоты- природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах.
Нуклеиновые кислоты. Общая характеристика
Нуклеиновые кислоты— биологические полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
К нуклеиновым кислотам относят:
ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.
ДНК у прокариот находится в цитоплазме в составе нуклеоида.
ДНК у эукариотических организмов содержится исключительно в ядре клетки.
РНК содержится и в ядре, и в ядрышке, и в цитоплазме эукариотических клеток.
Нуклеотид (мономер) нуклеиновых кислот состоит из:
Связи между нуклеотидами легко подвергаются распаду при реакции с водой (гидролиз).
Азотистые основания- это ароматические гетероциклические соединения, производные пиримидина или пурина.
Пять соединений этого класса являются основными структурными компонентами нуклеиновых кислот, общими для всей живой материи.
Пуриновые основания являются производными пурина, молекула которого состоит из двух гетероциклов. К пуриновым основаниям относятся:
Пиримидиновые основания наиболее просто устроены и к ним относят:
Для сокращения названий нуклеотидов в биологии принято обозначать одной буквой- первой буквой их названия:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Почему ДНК- это кислота?
Вначале ДНК называли нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, оно получило название нуклеиновая кислота.
РНК и ДНК содержат в своём составе фосфатную группу.
Она присутствует в составе многих биомолекул. Именно в ДНК фосфаты осуществляют связь между нуклеотидами, поэтому из-за них ДНК и РНК и проявляют кислотные свойства.
ДНК- дезоксирибонуклеиновая кислота
Нуклеиновую кислоту, содержащую дезоксирибозу, называют дезоксирибонуклеиновой кислотой или ДНК.
ДНК- это вещество, которое отличается необычным молекулярным строением и не похоже ни на одно химическое соединение.
Функции ДНК:
Молекула ДНК представляет собой две спирально закрученные друг вокруг друга цепи:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
У человека молекулы ДНК находятся в особых структурах ядра- хромосомах.
В каждой соматической клетке тела человека находится 46 хромосом.
Длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке тела человека равна почти 2 метрам.
Тело взрослого человека состоит примерно из 30-40 триллионов клеток. Получается, что общая длина молекул ДНК в организме достигает 80 трлн. км, что в тысячи раз превышает расстояние от Земли до Солнца, которое составляет 150 млн км.
Во всех молекулах ДНК одной клетки человека содержится 3,2 млрд пар нуклеотидов, что соответствует 800 мегабайтам информации.
Используя все имеющиеся данные о нуклеиновых кислотах, в 1953 году в США учеными Ф.Криком и Д.Уотсоном была смоделирована пространственная модель ДНК, где четко видно, что ДНК- это полимер, а его мономерами являются нуклеотиды.
Нуклеотид ДНК состоит из 3-х компонентов:
Нуклеотиды соединены в одной цепи через углевод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего нуклеотида прочной ковалентной связью.
В двойную цепь нуклеотиды соединены комплементарно через азотистые основания водородными связями:
Нуклеотидный состав ДНК в 1905 г. впервые количественно проанализировал американский биолог Эрвин Чаргафф.
Он обнаружил, что в молекуле ДНК число пуриновых оснований всегда равно числу пиримидиновых.
Молекулярное количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно цитозину- это правило Чаргаффа или принцип комплементарности (дополнительности).
Согласно принципу комплементарности можно восстановить недостающую цепь ДНК.
Задача:
Первая цепочка ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:
А- Г- Ц- Т- Т- Ц- Г- Г- А- Г
достойте вторую цепочку ДНК, используя принцип комлементарности.
Решение:
Мы видим, что первый нуклеотид в первой цепи ДНК- аденин (А), смотрим правило комплементарности:
значит, аденину (А) соответствует тимин (Т).
Далее второй нуклеотид в первой цепи гуанин (Г). Опять обращаемся к принципу комплементарности, гуанин (Г) соответствует цитозину (Ц).
И таким образом, мы можем достроить всю вторую цепь ДНК.
Первая цепь ДНК: А- Г- Ц- Т- Т- Ц- Г- Г- А- Г
Вторая цепь ДНК: Т- Ц- Г- А- А- Г- Ц- Ц- Т- Ц
Кроме достраивания цепей ДНК в ЕГЭ присутствуют задачи на определение количества (%) нуклеотидов в гене и определение длины гена.
Для решения таких задач тоже используют правило Чаргаффа: молекулярное количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно цитозину.
Нуклеотиды расположены на расстоянии друг от друга 0,34 нм и молекулярная масса одного нуклеотида равна 345. Эти величины постоянные, они также используются для решения задач по ДНК.
Примеры задач:
Задача
В молекуле ДНК доля тиминовых нуклеотидов составляет 15% от общего количества нуклеотидов.
Определите количество других видов нуклеотидов в данной молекуле ДНК.
Решение:
1. По правилу Чаргаффа количество Тимина (Т) в ДНК равно аденину (А), следовательно, если доля Т = 15%, значит, и А будет = 15%.
2. В сумме А + Т = 30%
3. Всего всех нуклеотидов ДНК = 100%, из них на долю А + Т приходится 30%
Ответ: А = (15%), Т = (15%), Г = (35%), Ц = (35%)
Задача
Участок цепи ДНК содержит 1500 нуклеотидов. В одной из цепей содержится 150 нуклеотидов А, 200 нуклеотидов Т, 250 нуклеотидов Г и 150 нуклеотидов Ц. Сколько нуклеотидов каждого вида будет во второй цепи ДНК?
Решение:
По правилу Чаргаффа в ДНК количество гуанина (Г) равно цитозину (Ц), количество тимина (Т) равно аденину (А). Если А в первой цепочке 150 нуклеотидов, значит и Т во второй цепи будет тоже 150, следовательно, получается:
А = 150 Т = 150
Т = 200 А = 200
Г = 250 Ц = 250
Ц =1 50 Г = 150
Ответ: Во второй цепи ДНК: Т=150; А=200; Ц=250; Г=150
Задача
В молекуле ДНК обнаружено 880 гуаниловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего количества нуклеотидов этой ДНК. Сколько каждого нуклеотида содержится в этой молекуле ДНК? Какова длина этой молекулы ДНК?
Решение:
1) Исходя из принципа комплементарности (А + Т) + (Г+ Ц) = 100%
Тогда количество цитидиловых нуклеотидов равно: Г = Ц = 880, или 22%, то есть Г = 22% и Ц = 22%
3) Необходимо посчитать количество нуклеотидов, исходя из процентных данных. Составляем пропорцию:
Х = (880*56) : 22 = 2400 нуклеотидов, приходится в сумме на А+Т
Так как А = Т, то 2400 : 2=1120 нуклеотидов, то есть 1120 = А и 1120 нуклеотидов Т
3) Всего в этой молекуле ДНК содержится (880 х 2) + (1120 х 2) = 4000 нуклеотидов.
4) Для определения длины ДНК узнаем, сколько нуклеотидов содержится в одной цепи:
Мы знаем, что нуклеотиды расположены на расстоянии друг от друга 0,34 нм и вычисляем длину ДНК в одной цепи:
0,34 нм х 2000 нуклеотидов= 680 нм.
Ответ: в молекуле ДНК Г = Ц = 880 и А = Т = 1120 нуклеотидов; длина этой молекулы 680 нм.
Синтез ДНК
Каждая молекула ДНК способна к самоудвоению, в основе которого лежит тот же принцип комлементарности (дополнительности). Этот принцип поможет понять, как строится новая молекула ДНК в новой клетке.
Перед каждым делением клетки (в интерфазе) происходит образование новой молекулы ДНК под действием фермента дезоксирибонуклеазы.
Фермент разрывает двойную цепь ДНК и спираль раскручивается.
Каждая отдельная цепь собирает новую молекулу ДНК по принципу комплементарности, в результате образуется две молекулы ДНК.
Этот процесс называется редупликация ДНК— копирование молекулы ДНК.
Нуклеиновую кислоту, содержащую рибозу, называют рибонуклеиновой кислотой или РНК.
РНК— это полимер, мономерами которого являются нуклеотиды.
В отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой, и эта цепь очень похожа на одну из цепей ДНК.
РНК участвует в реализации генетической информации.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Оказывается РНК тоже может состоять из двух цепочек, как и ДНК.
Двухцепочечные РНК были обнаружены у вирусов группы реовирусы, у плесневелых грибов, высших растений, насекомых и некоторых позвоночных животных.
Вирус гриппа с молекулами РНК:
По своей структуре нуклеотиды РНК очень близки, но не тождественны нуклеотидам ДНК, они также образуют между собой водородные связи.
Цепи РНК значительно короче и их вес меньше цепей ДНК.
Состав мономера (нуклеотида) РНК:
Виды РНК
Все виды РНК представляют собой неразветвленные полимеры. Все они принимают участие в процессах образования белка.
Информация о строении всех видов РНК хранится в ДНК.
Процесс синтеза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией, этот процесс подробно раскрыт в теме биосинтез белка.
Выделяют три вида РНК:
Информационная РНК содержит информацию о первичной структуре (аминокислотной последовательности) белков.
Длина зрелой мРНК составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов.
На долю иРНК приходится до 5% от общего содержания РНК в клетке.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Различные мРНК имеют различную продолжительность жизни (стабильность).
В клетках бактерий молекула мРНК может существовать от нескольких секунд до более часа, а в клетках млекопитающих от нескольких минут до нескольких дней.
Чем больше стабильность мРНК, тем больше белка может быть синтезировано.
Ограниченное время жизни мРНК клетки позволяет быстро изменять синтез белка в ответ на изменяющиеся потребности клетки
Функции иРНК:
Транспортные РНК (тРНК) содержат обычно от 73 до 93 нуклеотидов.
По структуре тРНК напоминают лист клевера.
В клетке встречается около 40 видов тРНК, каждый из них имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов.
На долю тРНК приходится около 10% от общего содержания РНК в клетке.
В строении тРНК можно выделить участок, который состоит из трех нуклеотидов-антикодон.
Антикодоны специфически связываются с тройкой нуклеотидов (кодон) на матричной РНК при синтезе белка.
Конкретная тРНК может транспортировать строго определенную аминокислоту, соответствующую ее антикодону.
Рибосомные РНК (рРНК) содержат от 3000 до 5000 нуклеотидов.
На долю рРНК приходится 80- 85% от общего содержания РНК в клетке.
В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы- органоиды, осуществляющие синтез белка.
В эукариотических клетках синтез рРНК происходит в ядрышках.
Функции рРНК:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
В клетках кроме мРНК, тРНК, рРНК еще есть и малые ядерные РНК (мяРНК)- компонент ядра клеток.
Ядерные РНК состоят примерно из ста нуклеотидов.
Долгое время их роль в клетке была неясна.
По последним данным мяРНК необходимы для регуляции факторов транскрипции при биосинтезе белка и для нормального процесса сплайсинга (процесса вырезания определённых нуклеотидных последовательностей из молекул РНК) для правильного соединения последовательностей РНК
Все виды РНК синтезируются в клеточном ядре на матрице ДНК под действием ферментов полимераз.
Таблица сравнения ДНК и РНК
Нуклеиновая кислота
Особенности строения
Двойная спираль, способность к репликации (самоудвоению)
Одинарная цепочка нуклеотидов.
Строение нуклеотида
Азотистое основание- углевод- остаток фосфорной кислоты
Локализация в клетке
Ядро, митохондрии, хлоропласты
Ядро, ядрышко, цитоплазма, рибосомы, митохондрии, хлоропласты
Локализация в ядре
Азотистые основания
Тимин (Т)
Урацил (У)
Углевод нуклеотида
Пятиуглеродный моносахарид дезоксирибоза
Пятиуглеродный моносахарид рибоза
Функции
Хранение и передача наследственной информации
Биосинтез белка (реализация наследственной информации)
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
АТФ— аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфорная кислота.
Все проявления жизнедеятельности, все функции клетки осуществляются с затратой энергии.
Энергия требуется для движения, биохимических реакций, переноса веществ через клеточные мембраны, для любых форм клеточной активности.
Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
АТФ был открыт в 1929 г. Карлом Ломанном, а в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.
АТФ содержится в каждой клетке животного или растительного организма, в клетках бактерий и вирусах, хотя запас АТФ в клетках не велик.
За счет обменных процессов в организме происходит пополнение истраченных запасов этого богатого энергией вещества.
При усиленной, но кратковременной работе (например, при беге на короткую дистанцию) мышцы работают за счет распада собственного АТФ. После окончания бега спортсмен усиленно дышит, в этот период происходит интенсивное окисление углеводов и других веществ для восполнения израсходованной АТФ.
При длительной напряженной работе содержание АТФ в клетках может существенно не изменяться, так как реакции окисления успевают обеспечить быстрое и полное восстановление израсходованной АТФ.
Итак, АТФ представляет единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки.
В организме возможна передача энергии из одних частей клетки в другие и заготовка энергии впрок.
Синтез АТФ может происходить в одном месте клетки и в одно время, а использоваться в другом месте и в другое время.
Наиболее большое количество молекул АТФ можно обнаружить в скелетных мышцах.
АТФ- единый и универсальный источник энергообеспечения клетки.
По химическому строению АТФ является нуклеотидом.
Состав нуклеотида АТФ:
АТФ – очень неустойчивая структура. Самопроизвольно или под влиянием фермента в АТФ разрывается связь между фосфором (Р) и кислородом (О). К освободившимся связям легко присоединяются одна или две молекулы воды и отщепляются одна или две молекулы фосфорной кислоты.
Если отщепляется одна молекула фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). Если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, то образуется АМФ (аденозинмонофосфорная кислота).
И теперь самое важное: при реакции отщепления одного остатка фосфорной кислоты выделяется большое количество энергии (40 кДж).
Чтобы подчеркнуть такую высокую энергетическую эффективность фосфорно-кислородной связи в АТФ ее называют «связью, богатой энергией» или макроэргической и обозначают знаком «
В АТФ имеются две макроэргические связи.
АТФ играет центральную роль в энергетическом обмене клетки:
Синтез АТФ
Два исследователя Пол Д. Бойер (США) и Джон Э. Уолкер (Великобритания) в 1997 году получили Нобелевскую премию за объяснение ферментативного механизма, лежащего в основе синтеза АТФ.
АТФ синтезируется в митохондриях в несколько этапов при реакции специального фермента АТФ-синтазы с фосфатами во время дыхания клетки (окисление глюкозы в присутствии кислорода) и во время фотосинтеза (за счет солнечной энергии).
Синтез молекул АТФ происходит в ходе кислородного этапа энергетического обмена, во время которого в клетке образуется 36 молекул АТФ.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Витамины
Витамины (лат. vita «жизнь»)- группа низкомолекулярных органических соединений простого строения и разнообразной химической природы, они необходимы для нормального функционирования организма.
Витамины являются составной частью ферментов, ускоряющих обменные процессы в организме.
История открытия витаминов
До XIX века о существовании витаминов ничего не было известно, хотя болезни от нехватки этих веществ у людей активно проявлялись и обычно причины болезненного состояния списывались на инфекцию.
Особенно страдали от нехватки витаминов мореплаватели, которые при длительных путешествиях погибали от цинги- болезни, вызываемой острым недостатком витамина C.
Витамины по большей части содержатся в овощах и фруктах, которые моряки не брали с собой, так как они быстро портились.
При цинге из-за недостатка витамина С нарушается биосинтез коллагена, входящего в состав соединительной ткани. В результате становятся слабыми сосуды, появляются кровотечения, поражаются кости, выпадают зубы, понижается иммунитет.
В 1747 году шотландский врач Джеймс Линд, пребывая в длительном плавании, провел своего рода эксперимент на матросах, больных цингой, дополнительно вводя в их рацион различные продукты.
В ходе этой работы было обнаружено, что у матросов, в рацион которых врач Линд добавлял фрукты, а в частности, цитрусовые лимоны и апельсины, болезнь проходила после 6 дней употребления этих фруктов.
Однако в то время его открытие признания в научном мире не заслужило.
Джеймс Линд и его работа:
В 1795 году лимоны и другие цитрусовые стали стандартной добавкой к рациону британских моряков.
Вторая половина XIX века была периодом бурного развития химии и физиологии.
К тому времени были получены основные сведения о химической природе главных составных частей пищи: белков, жиров, углеводов.
В 1880 году русский врач Николай Иванович Лунин в 26 лет экспериментально доказал, что в молоке содержатся некие вещества, незаменимые для питания.
Опыт Лунина Н.И. состоял в следующем:
Исследователь взял две группы мышей.
Первую группу мышей кормил натуральным коровьим молоком, а вторую группу смесью белков, жиров, углеводов и минеральных солей, по составу и в соотношениях полностью соответствовавших коровьему молоку.
Опыт длился 70 дней.
Животные первой группы, питавшиеся натуральным молоком, оставались здоровыми на всем протяжении опыта.
Мыши из второй группы, питавшиеся смесью, погибали в срок от 11 до 21 дня.
Н.И.Лунин писал в своей диссертации: «В молоке, кроме казеина, жира, молочного сахара и солей, должны содержаться другие вещества, которые совершенно необходимы для питания. Обнаружить эти вещества и изучить их значение представляет большой интерес».
Именно исследование Н.И.Лунина можно считать первыми доказательствами существования витаминов, а самого Лунина российским первооткрывателем витаминов.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Бери-бери переводится с сингальского как «большая слабость».
Широкое распространение заболевание получило в конце XIX века в странах, где основным продуктом питания людей был очищенный рис.
Люди не знали, что витамин В1 содержится именно в чешуйках и верхних слоях рисовых зерен.
Витамин В1 играет важную роль в углеводном и жировом обмене.
Его недостаточность провоцирует биохимические сдвиги с накоплением пировиноградной кислоты в тканях (что является причиной повреждения нервных волокон), происходит потеря аппетита, нарушение пищеварения, уменьшение силы сердечных сокращений, слабость скелетной мускулатуры.
Истоки заболевания были найдены спустя годы.
В 1897 году ирландский врач Христиан Эйкман пришел к выводу, что, шлифуя рис, люди лишают себя необходимых полезных веществ, которые входят в состав верхних слоев неочищенных зерен.
В 1911 году польский учёный Казимир Функ, выделил кристаллический препарат из рисовых отрубей, небольшое количество которого излечивало бери-бери. Функ назвал это вещество «витамин»: от латинских слов «vita» (жизнь) и «amine» (азот).
С развитием биологической химии ученные постепенно установили химические формулы витаминов и научились получать их в чистом виде.
Благодаря применению витаминов исчезли такие массовые болезни, как рахит, цинга, пеллагра и другие авитаминозы.
Краткая история открытия жирорастворимых витаминов:
Витамин
Когда и какими учеными был открыт витамин
Витамин А
В 1917 г. был обнаружен независимо Элмером Макколом и Лайфайеттом VHS Менделем и Томасом Бурром Осборном.
Витамин Д
В 1937 г. Виндаус сумел выделить активный витамин Д3.
Витамин Е
В 1936 г. получены первые препараты витамина Е путем экстракции из масел ростков зерен.
Синтез витамина Е осуществлен в 1938г. Каррером.
Краткая история открытия водорастворимых витаминов:
Витамин
Когда и какими учеными был открыт витамин
Витамин В1 (тиамин)
В 1911г. польским учёным Казимиром Функом.
В чистом виде впервые выделен Б. Янсеном в 1926г.
Витамин В2 (рибофлавин)
В 1879 г. ученый Блисc открыл это вещество.
Как рибофлавин описан в 1932г.
Витамин В3
В качестве витамина был открыт в 1933 г. Р.Уильямсом
Витамин С
В 1923 г. доктором Гленом Кингом было установлено химическое строение витамина С.
В 1928 г. доктор и биохимик Альберт Сент-Дьёрди впервые выделил витамин С.
В 1933 г. швейцарские исследователи синтезировали аскорбиновую кислоту (аналог витамина С)
Витамин К
В 1929 г. датский биохимик Хенрик Дам выделил жирорастворимый витамин, который в 1935 г. назвали витамином К. Участвует в свертываемости крови.
Витамин РР (никотиновая кислота)
С 1915 г. американский врач Гольдберг исследовал этот витамин, и постепенно был получен кристаллический препарат никотиновой кислоты
Классификация и роль витаминов в организме человека
Большую часть витаминов организм не способен синтезировать сам, поэтому витамины должны попадать в наш организм вместе с пищей.
Источниками витаминов для человека являются пищевые продукты растительного и животного происхождения.
Некоторые витамины образуются микрофлорой кишечника.
При недостатке или переизбытке в организме какого-либо витамина наступает болезненное состояние, характеризуемое определенным набором симптомов.
Гиповитаминоз- патологическое состояние, связанное с недостатком в организме определенного витамина.
Авитаминоз— тяжелое патологическое состояние, связанное с отсутствием в организме определенного витамина.
Гипервитаминоз— патологическое состояние, связанное с избытком в организме определенного витамина.
Авитаминозы и гиповитаминозы могут возникать не только в случае отсутствия витаминов в пище, но и при нарушении их всасывания при заболеваниях желудочно-кишечного тракта.
Жирорастворимые витамины накапливаются в жировой ткани и печени, поэтому гиповитаминозы и авитаминозы этих витаминов наблюдаются реже, чем у водорастворимых, которые не могут накапливаться в организме.
Таким образом, чаще наблюдаются гиповитаминозы водорастворимых витаминов и гипервитаминозы жирорастворимых витаминов.
Витаминология— медико-биологическая наука, изучающая структуру и механизмы действия витаминов, а также их применение в лечебных и профилактических целях.
Водорастворимые витамины:
Жирорастворимые витамины:
Различные факторы: кипячение, замораживание, высушивание, освещение могут оказать негативное влияние на витамины и разрушать их.
Наименее стойким из всех витаминов является витамин С, который начинает разрушаться при нагревании всего лишь до 60°С, а также при доступе воздуха, солнечного света, повышении влажности.
Витамин А более устойчив к действию высокой температуры, но легко окисляется при доступе воздуха.
Витамин D выдерживает продолжительное кипячение в кислой среде, а в щелочной быстро разрушается.
Витамины группы В более устойчивы и меньше разрушаются при кулинарной обработке. Наименее стоек из них витамин В1, который распадается при длительном кипячении и повышении температуры до 120°С.
Витамин Е выдерживает кипячение любой длительности.
Длительное хранение и высушивание губительно действуют на витамины А, С, но не разрушают витамины В1, B2, D, Е.
Витамин
Функции
Симптомы авитаминоза и гиповитаминоза
Источники витамина для организма
Для роста и развития, нормального функционирования слизистых оболочек, восприятия света,
иммунитет (синтез интерферонов, иммуноглобулина, лизоцима); антиоксидант
Печень, сливочное масло, сыр, в виде каротина- в моркови, красном перце, тыкве, и в других овощах и фруктах красного цвета
Необходим для нормальной деятельности нервной системы
Заболевание под названием Бери-бери – повышенная возбудимость, нарушение сна, снижение памяти, судороги, паралич
В оболочках зерен злаковых растений, гречневой и овсяной крупах, зеленом горошке, ржаной хлеб
Влияет на состояние эпителия слизистой оболочки ротовой полости и других пищеварительных органов
Воспаление слизистой оболочки в ротовой полости, трещинки в углах рта, Катаракта – помутнение хрусталиков глаз
Молоко, сыр, и другие молочные продукты, печень почки, гречневая крупа
Участвует в белковом обмене, уменьшает отложения в сосудах холестерина, который ведёт к развитию атеросклероза, ожирению печени и отложению камней в желчном пузыре
Ожирение печени, нарушение функции нервной системы, вызывает потерю аппетита, тошноту, воспаление языка, образование трещин в углах рта, воспаление красной каймы губ
Дрожжи пекарские и пивные, печень животных и рыб, яичный желток, сельдь, треска, зеленый горошек, стручковая фасоль, куриное мясо. Частично синтезируется микробами
Участвует в синтезе ферментов, ответственных за созревание клеток крови в костном мозге
Ухудшение аппетита, слабость, снижение массы тела. Злокачественная анемия (малокровие)
Печень, яичные желтки, кисломолочные продукты
Участвует в синтезе белков соединительной ткани, повышает иммунитет
Быстрая утомляемость слабеет устойчивость к инфекциям, сонливость. Цинга – стенки кровеносных сосудов становятся хрупкими, кровоточат десна, расшатываются и выпадают зубы
Овощи, фрукты, ягоды, много в шиповнике, черной смородине, лимоне и капусте
Регулирует содержание кальция и фосфора в крови, минерализация костей и зубов
Рахит – кости теряют прочность, у детей искривляются ноги деформируется грудная клетка, замедляется рост. Нарушение усвоения кальция и фосфора, снижается тонус мышц и устойчивость к инфекционным болезням
Яичный желток, печень, рыбий жир, молоко, образуется в коже под влиянием УФ лучей
Обеспечивает нормальное протекание окислительно-восстановительных процессов, участвует в образовании гормонов надпочечников
Нарушение деятельности пищеварительной системы, потемнение кожи, покрытие её язвочками
Дрожжи, неочищенный рис, печень, яичный желток, молоко. Образуется в организме из продуктов питания
Н (биотин)
Участвует в энергетическом обмене
У маленьких детей недостаток витамина Н проявляется дерматитом.
У взрослых мелкое шелушение кожи,
Ананас, свекла, гречка, фасоль, мясо и субпродукты, грибы; синтезируется бактериальными симбионтами в толстом кишечнике
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Заключительный тест
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации