2013-12-29
724
Таблица Сравнительная характеристика ДНК и РНК
Таблица Строение белка
Схемы таблицы
Приложение
Задание № 1
Тема 8.2. Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере
Вопросы самоконтроля
1.Кто впервые ввел термин биосфера в науку?
2.Что такое биосфера?
3.Каковы границы биосферы в литосфере?
4.На какую глубину проникает жизнь в Мировом океане?
5.Что такое биомасса?
6.Каковы основные закономерности в распределении биомассы по поверхности Земли?
1.Прочитайте ниже изложенный учебный материал.
2.Проанализируйте таблицы из приложения
3.Ответьте на вопросы самоконтроля.
Основной биологический круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью всей биомассы планеты в целом.
В круговороте веществ планеты живое вещество выполняет биогеохимические функции:
1.Газовая – осуществляется зелеными растениями, которые в процессе фотосинтеза выделяют кислород, а также растениями и животными которые при дыхании выделяют углекислый газ, многими бактериями восстанавливающими азот, сероводород и другие.
2.Концентрационная – проявляется в захвате живым веществом химических элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, марганца, магния, алюминия, фосфора, кремния, калия, кальция, серы, железа, и накоплении отдельными видами йода, радия, золота и других элементов.
3.Окислительно-восстановительная- проявляется в окислении веществ с помощью организмов в почвах и гидросфере с образованием солей, оксидов и др, в восстановлении веществ (сероводород, серное железо и др). В результате деятельности бактерий в земной коре образовались отложения известняков, бокситов, руды
4.Биохимическая –связана с питание, дыханием, размножение, с разрушением и гнием отмерших организмов.
В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина, уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, ростом и размножением организмов. Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом только растёт.
(приводим только пример,
полный комплект в
электронной версии пособия)
| Первичная структура – определенная последовательность α-аминокислотных остатков в полипептидной цепи |
| Вторичная структура – конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами N-H и С=О. Одна из моделей вторичной структуры – α-спираль, обусловленная кооперативными внутримолекулярными Н-связями. Другая модель – b-форма ("складчатый лист"), в которой преобладают межцепные (межмолекулярные) Н-связи |
| Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков -S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий |
| Четвертичная структура – агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей |
| 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. |
Свойства воды
| Свойство | Роль в клетке | |
| 1. | Полярность молекул | Вода – хороший растворитель. Вода - основная среда протекания большинства химических реакций. В присутствии воды протекают все реакции гидролиза и многочисленные окислительно - восстановительные реакции. Способны растворять газы (кислород, углекислый газ и др.). Гидрофильные вещества – хорошо растворимы в воде, полярные (ионные соединения, моносахариды и дисахариды, аминокислоты, простые спирты, некоторые белки и др.); гидрофильные вещества – практически нерастворимые или нерастворимые в воде, не полярные (полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты, большинство белков и др.). |
| 2. | Наивысшая удельная теплоемкость (из-за способности образовывать водородные связи между молекулами) | Защищает ткани растений и животных от быстрого и сильного повышения температуры, так как значительная часть тепловой энергии тратится на разрыв водородных связей, а высокая теплота парообразования обеспечивает надежную стабилизацию температуры тела организма. Испарение сопровождается охлаждением (например, потоотделение у животных, тепловая отдышка у собак, транспирация у растений). |
| 3. | Высокая теплопроводность (из-за небольших размеров молекул) | Обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму, таким образом, устраняется риск возникновения локальных «горячих» точек, которые могут послужить причиной повреждения элементов клетки. |
| 4. | Прозрачность | Обеспечивает возможность фотосинтеза в воде на глубине. |
| 5. | Несжимаемость | Поддерживает постоянную форму организма (например, круглые черви, медузы), обеспечивает тургор (например, положение органов растений в пространстве), защита развивающегося плода у млекопитающих. |
| 6. | Подвижность молекул (водородные связи относительно слабые) | Обеспечивает осмос, поступление воды в клетку, плазмолиз и деплазмолиз. |
| 7. | Вязкость (из-за наличия водородных связей между молекулами) | Уменьшает трение, образование слизей и др. смазывающих жидкостей. |
| 8. | Высокое поверхностное натяжение | Обеспечивают адсорбционные процессы, передвижение растворов по тканям, передвижение мелких организмов по поверхности воды. |
| 9. | Расширение при замерзании (каждая молекула воды способна образовывать четыре водородные связи) | Обеспечивает теплоизоляции организма в воде в зимнее время (вода имеет максимальную плотность при 40°C, лед легче воды и поэтому плавает на её поверхности). |
Минеральные Соли: функции
| Функция | Значение | |
| 1. | Сохранение кислотно-щелочного равновесия | За счет буферных систем происходит регуляция рН среды. Фосфатная буферная система поддерживает рН внутриклеточной среды в пределах 6,9-7,4. Бикарбонатная - на уровне 7,4. |
| 2. | Активация ферментов | Некоторые катионы являются активаторами и компонентами различных ферментов, витаминов и гормонов. |
| 3. | Структурная | Различные неорганические вещества служат источником для синтеза органических молекул или участвуют в образовании внутреннего и наружного скелета организмов. |
| 4. | Создание мембранных потенциалов клеток | Внутри клетки преобладают ионы K+ , а снаружи- ионы Na+ и CL-. В результате образуется разность потенциалов внешней и внутренней поверхности мембраны клетки. |
| 5. | Создание осмотического давления | Внутри клетки концентрация ионов солей выше, что обеспечивает поступление в клетку воды, создает тургорное давление. |
Свойства биополимеров
| Свойство | Значение |
| Кооперативность | Тесная взаимосвязь всех функциональных групп, т.е. взаимодействие одних групп полимера изменяет характер взаимодействия других его групп, например, связывание кислорода белком эритроцитов крови – гемоглобином. |
| Способность образовывать интерполимерные комплексы | Такие комплексы могут возникать как между отдельными частями молекулы, так и между разными молекулами. Благодаря образованию комплексов осуществляются биосинтез белков, нуклеиновых кислот, регуляция обмена веществ и другие биологические процессы. |
Углеводы: классификация, свойства и функции
| Моносахариды | Олигосахариды | Полисахариды | |
| Особенности строения и свойства | Бесцветные, твердые кристаллические вещества, хорошо растворяются в воде, имеют сладкий вкус | В большей степени представлены дисахаридами, растворимы в воде, обладают сладким вкусом | Полимеры, состоящие из моносахаридов, линейные (целлюлоза) или разветвлённые (гликоген), нерастворимые в воде, не имеют сладкого вкуса; могут образовывать соединения с липидами (гликолипиды) и белками (гликопротеины) |
Функции белков
| Функция | Характеристика |
| 1.Строительная (структурная) | Входят в состав клеточных мембран и органоидов клетки (липопротеиды и гликопротеиды), участвуют в образовании стенок кровеносных сосудов, хрящей, сухожилий (коллаген) и волос (кератин). |
| 2. Двигательная | Обеспечивается сократительными белками (актин и миозин), которые обуславливают движение ресничек и жгутиков, сокращение мышц, перемещение хромосом при делении клетки, движение органов растений. |
| 3. Транспортная | Связывают и переносят с током крови многие химические соединения, например, гемоглобин и миоглобин транспортируют кислород, белки сыворотки крови переносят гормоны, липиды и жирные кислоты, различные биологически активные вещества. |
| 4. Защитная | Выработка антител (иммуноглобулинов) в ответ на проникновение в неё чужеродных веществ (антигенов), которые обеспечивают иммунологическую защиту; участие в процессах свёртывания крови (фибриноген и протромбин). |
| 5. Сигнальная (рецепторная) | Прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку за счет изменения третичной структуры встроенных в мембрану белков в ответ на действие факторов внешней среды. Например, гликопротеины (встроены в гликокаликс), опсин (составная часть светочувствительных пигментов родопсина и йодопсина), фитохром (светочувствительный белок растений). |
| 6. Регуляторная | Белки- гормоны оказывают влияние на обмен веществ, т.е. обеспечивают гомеостаз, регулируют рост, размножение, развитие и другие жизненно важные процессы. Например, инсулин регулирует уровень глюкозы в крови, тироксин - физическое и психическое развитие и т.д. |
| 7. Каталитическая (ферментативная) | Белки - ферменты ускоряют биохимические процессы в клетке. |
| 8. Запасающая | Резервные белки животных: альбумин (яйца) запасает воду, ферритин – железо в клетках печени, селезенки; миоглобин – кислород в мышечных волокнах, казеин (молоко) и белки семян - источник питания для зародыша. |
| 9. Пищевая (основной источник аминокислот) | Белки пищи - основной источник аминокислот (особенно незаменимых) для животных и человека; казеин (белок молока) – основной источник аминокислот для детёнышей млекопитающих. |
Сравнительная характеристика строения и функций прокариотической и эукариотической клеток
| Признаки | Прокариотическая клетка | Эукариотическая клетка |
| Ядро | Нет. Имеется нуклеотид часть цитоплазмы, где содержится молекула ДНК | Есть. Имеет двухмембранную оболочку, содержит одно или несколько ядрышек |
| Генетический материал | Кольцевая молекула ДНК, не связанная с белками. Настоящих хромосом нет | Линейные молекулы ДНК, связанные с белками, организованы в хромосомы |
| Клеточная стенка | Есть. Прочность придает муреин или пектин | Есть у растений (прочность придает целлюлоза) и грибов (прочность придает хитин). У животных отсутствует |
| Капсула | Есть у некоторых бактерий | Нет |
| Мезосомы | Есть | Нет |
| Мембранные органоиды (эпс, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды, пищеварительные вакуоли) | Нет | Есть |
| Рибосомы | Есть. Мелкие | Есть |
| Цитоскелет | Нет | Есть |
| Жгутики | Если есть, то не имеют микротрубочек и не окружены плазматической мембраной | Если есть, то имеют микротрубочки и окружены плазматической мембраной |
| Размеры | Диаметр в среднем 0,3-5,0 мкм | Диаметр обычно до 40мкм и более |
| Гаметы | Нет | Есть |
| Способ поглощения веществ клеткой | Транспорт через клеточную стенку | Фагоцитоз и пиноцитоз |
| Спорообразование | Образуют споры для перенесения неблагоприятных внешних условий | Растения и грибы образуют споры для размножения |
| Способы деления клетки | Амитоз- прямое деление надвое (равномерное бинарное поперечное деление) | Митоз (соматические клетки), мейоз (половые клетки) |
| Отношение к кислороду | Многие анаэробы | Большинство аэробы |
| Способ питания | Автотрофы (хемосинтез и фотосинтез), гетеротрофы(сапрофиты, паразиты) | Автотрофы (фотосинтез), гетеротрофы (сапрофиты, паразиты, миксотрофы) |
Сравнительная характеристика строения клеток эукориот
| Признаки | Клетки | |||
| простейших | грибов | растений | животных | |
| Клеточная стенка | Есть у многих | Есть (прочность придает хитин) | Есть (прочность придает целлюлоза) | Нет |
| Крупная вакуоль | Бывает редко | Нет | Есть | Нет |
| Хлоропласты | Бывают | Нет | Есть | Нет |
| Центриоли | Бывают часто | Бывают редко | Нет | Есть |
| Резервный углевод | Крахмал, гликоген, ламинарин | Гликоген | Крахмал | Гликоген |
| Способ питания | Авто- и гетеротрофное | Гетеротрофное | Автотрофное | Гетеротрофное |
Липиды: классификация, особенности и функции
| Простые липиды | Сложные липиды | Липоиды | |
| Особенности | Сложные эфиры спиртов с жирными кислотами, гидрофобные легче воды, способны подвергаться гидролиз (омылению), в воде нерастворимы; пластичные вещества, обладающие водоотталкивающими свойствами | Сложные эфиры спиртов с жирными кислотами другими группами | Жироподобные вещества, предшественники или производные липидов |
| Примеры | 1. Нейтральные жиры – сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. 2. Воски – сложные эфиры одноатомных спиртов жирных кислот. | 1. Фосфолипиды – сложные эфиры трехатомного спирта глицерина, жирных кислот и фосфорной кислоты. 2. Гликолипиды – соединения, построенные из липидного и углеводного компонентов. 3. Липопротеиды – комплексы липидов и белков. | Жирные кислоты, глицерин, холестерин, желчные кислоты, жирорастворимые витамины (А, D, Е, К), стероидные гормоны |
| Функции | 1. Энергетическая – при полном расщеплении 1г жира освобождается 38,9 кДж энергии. 2. Запасающая – откладывается в клетках жировой ткани, источник энергии во время спячки, миграций голода. 3. Источник метаболической воды – при окислении 1г жира образуется 1,1г воды. 4. Защитная – амортизация органов, теплоизоляция, воск образует водоотталкивающее покрытие, предохраняя от смачивания. | 1. Структурная – принимают участие в образовании мембран. | 1. Регуляторная – гормоны регулируют рост, дифференцировку, размножение, адаптации, обмен веществ. 2. Каталитическая – витамины являются кофакторами ферментов. |
Транспорт веществ: механизмы проникновения веществ в клетку
| Механизм | Характеристика |
| Пассивный транспорт | Перемещение вещества (ионов или небольших молекул) по градиенту концентрации. Осуществляется без затрат энергии путем простой диффузии, осмоса или облегченной диффузии с помощью белков – переносчиков. |
| Активный транспорт | Перенос веществ (ионов или небольших молекул) с помощью белков – переносчиков против градиента концентрации. Осуществляется с затратами энергии. |
| Эндоцитоз | Поглощение веществ (крупных частиц или макромолекул) путем окружения их выростами цитоплазматической мембраны с образованием окруженных мембраной пузырьков |
| Экзоцитоз | Выделение веществ (крупных частиц или макромолекул) из клетки путем окружения их выростами цитоплазматической мембраны с образованием окруженных мембраной пузырьков |
| Фагоцитоз и обратный фагоцитоз | Поглощение и выделение твердых и крупных частиц. Характерны для клеток животных и человека |
| Пиноцитоз и обратный пиноцитоз | Поглощение и выделение жидких или растворенных частичек. Характерны для клеток растений и животных. |
2. К каким последствиям может привести нарушение деятельности почек у человека?
