Укажите основные черты строения липидов и углеводов. Какова биологическая роль этих соединений в клетках живых организмов.

Каковы клеточные механизмы трансмембранного переноса? В чем сущность пассивного переноса? Сравните понятия диффузии и осмоса.

Клетка – самовоспроизводящаяся химическая система, и для поддержания постоянного химического состава она должна быть физически отделена от окружающей ее среды и должна обладать механизмом транспорта через мембрану. Обмен между клетокой и средой происходит постоянно, но механизмы транспорта веществ в клетку и из нее зависят от размеров транспортируемых частиц, их заряда. Все механизмы трансмембранного переноса в зависимости от затрат энергии можно разделить на два типа: пассивный транспорт (без затрат) и активный (требует энергозатрат).

Типы пассивного тр-та:

Диффузия – движение молекул или ионов из области высокой концентрации в область с более низкой концентрацией (по градиенту концентрации). Реальная диффузия различных типов молекул или ионов может идти одновременно в различных направлениях, при этом различный тип молекул движется по своему градиенту концентрации. Так, например, в легких кислород диффундирует в кровь, а СО₂ из крови в альвеолы. При равных градиентах концентрации мелкие молекулы или ионы диффундируют быстрее крупных.

Существует особая форма диффузии – облегченная диффузия – веществу помогает проийти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть особый канал, пропускающий вещества только одного определенного типа.

Осмос – переход молекул растворителя из области с более высокой их концентрацией в область с более низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану. (Во всех биологических системах растворитель – вода). Т.е. осмос – особый вид диффузии, при котором равновесие достигается за счет одних только молекул растворителя.

Место «назначения»

электронов: НАДФ, Фотосистема I (P700),

Продукты:

Полезные: АТФ, НАДФ*Н₂; только АТФ,

Побочные: О2,

Участвующие фотосистемы: I и II; только I.

При циклическом фотофосфорилировании могут образовываться дополнительное количество АТФ.

 

Путь через апопласт

Апопласт – система, образованная из примыкающих друг к другу клеточных стенок, создающих непрерывное целое. Испарение воды из апопласта мезофилла в межклеточное воздушное пространство создаёт натяжение в непрерывном потоке воды через апопласт, и вода потоком проходит через стенки в результате сцепления её молекул. В апопласт вода поступает из ксилемы. Когда вода, передвигающаяся в клеточных стенках, достигает эндодермы, её дальнейшему продвижению препятствуют пояски Каспари – водонепроницаемый материал. И поэтому вода должна проходить через мембрану под контролем цитоплазмы.

Путь через симпласт

Симпласт – система связанных между собой протопластов растения. Вода проникает из одной клетки в другую, минуя мембраны.

Транспорт минеральных солей и воды

Попав в ксилему из корня, соли разносятся дальше по растению массовым потоком жидкости. Местами использования веществ являются растущие части растения – листья, цветы, плоды. Растворённые соли выгружаются из ксилемы и поступают в клетки путём диффузии и активного поглощения. Ксилема состоит из мёртвых клеток.

Биосинтез белка

Осуществляется на рибосомах. Для передачи информации с ДНК к месту синтеза белка требуется и-РНК. Процесс синтеза на цепи ДНК молекулы и-РНК – транскрипция. Она происходит на небольшом участке, отвечающие определённому гену. При этом часть двойной спирали ДНК раскручивается, обнажая короткий участок одной из цепей, который будет служить матрицей для синтеза и-РНК. Затем вдоль этой цепи движется фермент РНК-полимераза, соединяя между собой нуклеотиды в растущую цепь и-РНК. В результате образуется и-РНК, последовательность нуклеотидов которой является копией последовательности нуклеотидов матрицы. Синтезированная в ядре и-РНК отделяется от ДНК и через поря оболочки ядра поступает в цитоплазму, где прикрепляется к малой субъединице рибосомы. Нить и-РНК проходит между малой и большой субъединицей, а начальная часть вновь синтезированного белка находится в структуре большой субъединицы. Комплекс из и-РНК и нескольких рибосом – полисома. На ней осуществляется синтез белка (трансляция). Она начинается со стартового кодона АУГ. Отсюда рибосома движется вдоль молекулы и-РНК, что сопровождается ростом полипептидной цепи. Число АК в таком белке равно числу триплетов и-РНК. Выстраивание АК осуществляется на рмбосомах при помощи т-РНК. Благодаря определённому расположению комплиментарных нуклеотидов, цепь т-РНК имеет форму листа клевера. В противоположной части молекулы т-РНК располагается антикодон, ответственный за прикрепление к определённому триплету и-РНК. Комплексы аминоацил-т-РНК считывают информацию, закодированную в и-РНК. Этот комплекс с помощью антикодона присоединяется к кодону и-РНК на малой субъединице. Затем к той же рибосоме прикрепляется второй комплекс. В рибосоме оказываются 2 АК и между ними возникает пептидная связь. Первая т-РНК покидает рибосому. Затем к образованному дипептиду присоединяется третья АК, четвёртая АК и до тех пор, пока рибосома не дойдёт до одного из трёх “стоп-кодонов” – УАА, УАГ, УГА. После этого синтез белка прекращается. Синтез идёт непрерывно с большой скоростью.

Биологическая роль ДНК: 1) Хранение и передача генетической информации. 2)Репликация – удвоение ДНК (расплетение двух цепей ДНК, синтез на каждой родительской цепи двух дочерних в соответствии с принципом комплементарности).

РНК – биополимер, мономером которого является рибомононуклеотид.

Молекула РНК отличается от молекулы ДНК тем, что в ее состав вместо тимина (Т) входит урацил (У). Для структуры РНК характерно три уровня организации. Первичная структура – последовательное соединение монорибонуклеотидов с помощью фосфодиэфирной связи. Вторичная структура – это частично спирализованная одинарная полинуклеотидная цепь (в отличие от ДНК молекула РНК состоит из одной цепи). Участки спирализации ("шпильки") образуются за счет водородных связей между комплементарными основаниями. Третичная структура характеризует пространственное расположение молекулы.

По функциональному значению, молекулярным массам РНК подразделяется на следущие виды: информационная (иРНК) или матричная (мРНК); транспортная (тРНК); рибосомальная (рРНК); вирусная (вРНК)

иРНК копирует генетическую информацию ДНК. Перемещаясь к рибосомам, становится матрицей для синтеза белка, переводит генетическую информацию ДНК в аминокислотную последовательность.

тРНК переносит активированные аминокислоты к местам синтеза белка на рибосомы. Локализованы в гиалоплазме клетки, ядерном соке, бесструктурной части хлоропластов и мотохондрий. У эукариот тРНК сост из 70-90 нуклеатидов и имеет стр-ру в виде клеверного листа.

рРНК является основным компонентом рибосом, составляет 65 % от массы всех рибосом, участвует в биосинтезе белка и выполняет другие функции.

вРНК является составными частями вирусных и фаговых рибонуклеопротеинов и несут всю информацию, необходимую для размножения вируса в клетках хозяина.

В настоящее время обсуждается вопрос о целесообразности выделения в отдельные категории нескольких видов РНК: ядерной, хромосомной, митохондриальной и других. Например, в ядре клетки обнаружена гетерогенная ядерная РНК, которая синтезируется в ядре на ДНК и является предшественницей всех типов РНК. Образование различных типов РНК из всех предшественников получило название процессинга.

32.Назовите основные трофические цепи в природе. Что такое экологические пирамиды и какие они бывают? Покажите сущность закона Линдемана.

Пищевая цепь – это линейная последовательность организмов, в которой происходит передача вещества и энергии от одного звена к другому. В зависимости от того, с чего начинается пищевая цепь, они подразделяются на 2 типа:

Пастбищные цепи (цепи выедания) – это пищевые цепи, начинающиеся с автотрофов (продуценты органических веществ), связывающих солнечную энергию → консументы первого порядка (растительноядные животные) → консументы второго, третьего и последующих порядков (потребляют готовые органические вещества животного происхождения): хищники, падальщики, паразиты. → редуценты и детритофаги. Типичные редуценты – грибы и бактерии, выделяющие в пищеварительные ферменты в окружающее их органическое вещество, затем и всасывают продукты наружного переваривания.

Детритные цепи (цепи разложения) – это пищевые цепи, начинающиеся с детрита.

Детритофаги заглатывают мелкие съедобные частицы (многие мелкие беспозвоночные животные, например: черви, мокрицы, панцирные клещи, ногохвостики). Детритофагов могут поедать плотоядные животные, их в свою очередь – консументы следующего порядка и т.д.

Примеры пищевых цепей.

Пастбищные: Растение → слизень → лягушка → уж → горностай.

Растение → тля → божья коровка → паук → скворец → ястреб

Детритные: Листовой опад → дождевой червь → дрозд → ястреб-перепелятник

Труп животного → падальная муха и её личинки → травяная лягушка → уж

Экологические пирамиды – наглядное отображение пищевых отношений и эффективность передачи энергии в биотическом компоненте экосистемы. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов. Существуют 3 типа экологич пирамид:

1. Пирамиды чисел, основанные на подсчёте организмов каждого трофического уровня. Количество особей на разных уровнях изображают в виде лежащих друг на друге прямоугольников, длина которых пропорционально числу организмов на единице площади местообитания или в единице объёма.

2. Пирамиды биомассы, в которых используется суммарная биомасса (сухая) организмов на каждом трофич уровне. Состоят из прямоугольников, соответствующих массе организмов на единице площади или в единице объёма местообитания.

3. Пирамиды энергии, учитывающие энергоёмкость организмов каждого трофич уровня. Они учитывают продуктивность, т.е. скорость образования биомассы, в отличие от пирамид чисел и массы, описывающих мгновенное состояние экосистемы. Каждый прямоуольник пирамиды соответствует количеству энергии (в пересчёте на ед объёма или площади), протекающий через данный трофический уровень за определённый период времени. Эти пирамиды считаются самыми полезными, но собрать данные для их построения труднее всего.

Сложности в применении экологических пирамид:

-основная проблема заключается в распределении организмов по трофическим уровням (многие консументы добывают пищу сразу на нескольких трофических уровнях)

-некоторые экологи считают, что относить всё растительное вещество к уровню продуцентов не совсем корректно. Многие части растений не содержат хлорофилл (клубни, плоды, семена). Их правильнее относить к консументам.

-часто в пирамиды не включают мёртвую органику.

Закон Линдемана (з-н пирамиды энергий) – с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой её уровень в среднем не более 10% энергии. Остальная часть расходуется предыдущим трофическим уровнем на поддержание жизнедеятельности.

 

Укажите основные черты строения липидов и углеводов. Какова биологическая роль этих соединений в клетках живых организмов?

Липиды – это гетерогенная группа органических веществ, нерастворимых в воде, но растворимых в неполярных органических растворителях (хлороформ, бензол, эфир, ацетон, этанол и др.).

Биологические функции липидов

1. Структурная. Участвуют в структурно-функциональной организации мембраннных систем клетки, уч-ют в передаче нервного импульса, влияют на прониц мембр, на активность ферментов

2. Энергетическая. Липиды являются резервом энергетического топлива. При окислении 1г жира – 9,3ккал, 38,9кДж.

3. Липиды так же, как белки и углеводы, являются источником эндогенной воды.

4. при окисл липидов обр вит Д2 и Д3

5. Защитная. Жировая ткань защищает внутренние органы от травм. Кожный жир смазывает покровы, предохраняет их от высыхания и растрескивания. Жиры участвуют в образовании липидных компонентов кожи позвоночных, восковой пленки на поверхности листьев и плодов, предохраняющей их от потери воды, в образовании клеточных стенок бактерий и кутикулы насекомых.

6. Терморегуляторная. Жиры участвуют в процессах терморегуляции, защищая внутренние органы от охлаждения.

7. явл растворителями витаминов А, Д, Е, К.

8. гормональная. Стероидные гормоны явл производ холестерина.

9. Транспортная. Транспортируют жирорастворимые компоненты в процессе всасывания.

Классификация липидов

В соответствии со структурной классификацией липиды подразделяют на: однокомпонентные (липидные мономеры) – высшие углеводороды, высшие алифатические спирты, альдегиды, кетоны, изопреноиды и их производные, высшие аминоспирты (сфингозины), жирные кислоты, высшие полиолы; и многокомпонентные, которые м.б. 1) простые – это эфиры высокомолекулярных спиртов и жирных кислот (ацилглицериды (жиры), воски, стериды). 2) сложные (липоиды) – сложными эфирами, содержащими дополнительную группу (азотистые основания, остатки фосфорной кислоты, углеводные остатки). К ним относятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды, стероиды.

По степени полярности липиды подразделяются на нейтральные (неполярные) и полярные. Нейтральные липиды – это нейтральные жиры.

По отношению к щелочам выделяют омыляемые и неомыляемые липиды. Омыляемая фракция липидов подвергается щелочному гидролизу. Неомыляемые липиды – соединения, не подвергающиеся щелочному гидролизу (липидные мономеры, стерины, простые эфиры, жирорастворимые витамины).

По расположению в тканях и функциям липиды подразделяются на структурные (плазматические) и запасные (депозитные). Структурные липиды входят в состав клеточных мембран и протоплазмы. К ним относятся фосфо-, глико- и сульфолипиды. Депозитные липиды являются лабильной составной частью тканей, их содержание находится в прямой зависимости от упитанности организма (жиры).

Углеводы – производнын многоатомных спиртов, сод-щие альдегидн или кето-группу, с эмпирической формулой C_x(H₂O)_y.

Биологические функции углеводов

1. Энергетическая. Углеводы обеспечивают 60–70 % энергозатрат организма. Углеводы входят в состав макроэргических соединений (АТФ, ГТФ и др.). В клетках живых организмов углеводы являются источниками и аккумуляторами энергии.

2. Опорная. Углеводы в растениях и некоторых животных выполняют роль опорного (скелетного) материала, входят в состав многих важнейших природных соединений.

3. Пластическая. Углеводы входят в состав биологических мембран и органоидов клетки.

4. Защитная. Мукополисахариды, входящие в состав вязких секретов (слизей), защищают внутренние стенки сосудов и воздухоносные пути от механических и химических воздействий.

5. Регуляторная. Клетчатка регулирует акт перистальтики.

6. гемостатическая (многие явл факторами свертывания крови, гепарин – антикоагулянт)

7. Специфическая. Отдельные углеводы выполняют особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, образовании антител.

8. Генетическая. Пентозы входят в состав ДНК и РНК.

9. Трофическая или запасающая (углеводы откладыв в виде крахмала или гликогена).

Классификация углеводов

Все углеводы подразделяются на две группы: простые и сложные.

Простыми углеводами называют углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых соединений, в их составе число атомов углерода равно числу атомов кислорода. Сложные углеводы – углеводы, способные гидролизоваться на более простые. Число атомов углерода у них не равно числу атомов кислорода.

Сложные углеводы очень разнообразны по составу, молекулярной массе и по свойствам. Они образуются в результате реакции конденсации между моносахаридами. Связь между моносахаридами называется гликозидной связью. Их делят на две группы: низкомолекулярные сахароподобные (или олигосахариды) и высокомолекулярные (полисахариды).

1. Моносахариды – простые углеводы, при расщеплении которых не сохраняются свойства углеводов (глюкоза, фруктоза).

2. Олигосахариды – соединения из двух и более моносахаридов (до 10) – сахароза, лактоза, мальтоза.

3. Полисахариды – сложные сахариды, молекула которых состоит из многих моносахаридных остатков (крахмал, альгиновые кислоты, агар).

Моносахариды подразделяются на: триозы – 3 атома С (глицероальдегид и диоксиацето); тетрозы – 4 атома С (эритроза); пентозы – 5 атомов С; гексозы – 6 атомов С; гептозы – 7 атомов С; октозы – 8 атомов С.

Моносахариды, содержащие альдегидные группы, называют альдозами, содержащие кетонные группы – кетозами.

Пентозы – арабиноза, рибоза, ксилоза, дезоксирибоза. Арабиноза содержится в свекле. Рибоза и дезоксирибоза – важный структурные компоненты нуклеиновых кислот, входят в состав ДНК, РНК, нуклеотидных коферментов, являются промежуточными продуктами прямого (пентозного) углеводного распада в организме. Ксилоза – структурный компонент содержащихся в соломе, отрубях, древесине полисахаридов ксилозанов.

Гексозы Основной гексозой является глюкоза, участвующая в анаэробном и аэробном углеводном распаде. (глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза).

Для моносахаридов, содержащих ассиметричные атомы С характерна стереоизомерия: Д- и L-изомеры, отличающиеся положением Н- и ОН-группы у последнего ассиметрич атома.

Моносахариды облад свойствами оптической активности- их растворы могут врщать плоскость поляризованнго света на опред угол (величина удельного вращения), котор зависит от количества ассиметр атомов С. Делятся на право- и левовращающими. Муторация – изменение угла вращения при растворении моносах.

Олигосахариды. Молекулы олигосахаридов содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков. Формула дисахаридов C₁₂H₂₂O₁₁. Для живого организма важны следующие дисахариды: сахароза, мальтоза, лактоза.

1. Сахароза (виноградный сахар, свекловичный тростниковый сахар) построена из глюкозы и фруктозы (α-1,2гликозидная связь). В сахарной свекле содержится 15–22 % сахарозы, в сахарном тростнике – 12–15 %.

2. Лактоза (молочный сахар) построена из глюкозы и галактозы (β-1,4), синтезируется в молочных железах;

3. Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух молекул глюкозы (α-1,4). Мальтоза – основной структурный компонент крахмала и гликогена.

Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа моносахаридов подразделяют на гомо- и гетерополисахариды.

Гомополисахариды содержат моносахаридные остатки одного вида. К ним относятся крахмал, гликоген, клетчатка.

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n – резервный полисахарид растений – представляет собой смесь полимеров двух типов, построенных из остатков глюкозы: амилозы (линейная структура) и амилопектина (содержит разветвления).

Гликоген (животный крахмал) – запасной углевод животного организма – состоит из 30 000 остатков глюкозы, но более разветвленный чем крахмал. Накапливается в печени, мышцах, сердце. Восполняет недостаток глюкозы.

Клетчатка – основной компонент и опорный материал клеточных стенок растений. Молекула клетчатки имеет линейное строение и состоит из 2 000–3 000 остатков b-D-глюкопиранозы, которые соединены между собой 1-м и 4-м углеродными атомами остатков моноз.

Инулин – резервный растительный, заменяющий крахмал. Сост из фруктоз.

ГетерополисахаридыЭто комплексы различных видов моносахаридов. К ним относятся мукополисахариды (гликозамингликаны), содержащие различные виды моносахаридов и их производные, азотистые основания, органические кислоты, образуют комплексы с белками и жирами. К ним относятся: 1) Гиалуроновая кислота β-глюкуроновая к-та +N-ацетил-β-Дглюкозамин. В стекловидном теле глаза, вход в состав хрящей, костной ткани 2) Хондроитинсульфат – структурные компоненты хрящей, связок, клапанов сердца, антикоагулянтов крови. 3) Гепарин – антикоагулянт, противовоспалительное средство. 4) Сиаловые кислоты (соединения нейраминовой и уксусной кислот), участвующие в построении клеточных оболочек. Повышенный уровень сиаловых кислот в крови используется для диагностики воспалительных заболеваний.