Биологическая роль и биосинтез углеводов

Биологическое значение углеродов

1. Углеводы выполняют структурную функцию, то есть участвуют в построении различных клеточных структур (например, клеточных стенок растений).

2. Углеводы выполняют защитную роль у растений (клеточные стенки, состоящие из клеточных стенок мертвых клеток защитные образования — шипы, колючки и др.).

3. Углеводы выполняют пластическую функцию — хранятся в виде запаса питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК).

4. Углеводы являются основным энергетическим материалом. При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.

5. Углеводы участвуют в обеспечении осмотического давления и осморегуляции. Так, в крови содержится 100—110 мг/% глюкозы. От концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.

6. Углеводы выполняют рецепторную функцию: многие олигосахариды входят в состав воспринимающей части клеточных рецепторов или молекул-лигандов.

В суточном рационе человека и животных преобладают углеводы. Травоядные получают крахмал, клетчатку, сахарозу. Хищники получают гликоген с мясом.

9. Основные типы биополимеров: белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Структура белков как основа проявления биологической индивидуальности и узнавания. Генетический код. Биосинтез белков: транскрипция, трансляция. Значение белков.

Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. Кроме того, аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс. Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров — полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферментыкатализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют важную роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и вклеточном цикле.

Белки — важная часть питания животных и человека (основные источники: мясо, птица, рыба, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени: овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организме не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть из них поступает с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются при биосинтезе белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

В ДНК используется четыре нуклеотида — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавитгенетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.

Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот (которые являются мономерами) и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот (правда, модификации происходят уже после синтеза белка на рибосоме). Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки всего из 5 аминокислот оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислот (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10¹³⁰ вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации — белками, хотя это деление весьма условно.

Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислотных остатков, происходящий на рибосомах клеток живых организмов с участием молекул мРНК и тРНК.

Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной в матричной РНК. Аминокислотная последовательность выстраивается при помощи транспортных РНК, которые образуют с аминокислотами комплексы — аминоацил-тРНК. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая соответствующий антикодон, «подходящий» к кодону мРНК. Во время трансляции рибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепь. Энергией биосинтез белка обеспечивается за счёт АТФ.

Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное место клетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации.

21.Генетика как наука о наследственности и изменчивости. Методы генетики. Законы Моргана. Сцепленное наследование. Генетика пола. Сцепленное с полом наследование. Генетические заболевания.

Генетика- наука о наследственности и изменчивости организмов. Передача наследственных свойств и признаков подчиняется не только биологическим, но и математическим закономерностям. Знание этих законов дает возможность теоретически установить все возможное варианты генотипов у потомства по известным генотипам родителей и наоборот. Генетика также позволяет подсчитать вероятность распределения признаков в потомстве, установить по характеру расщепления, с какой хромосомой связан данный конкретный признак, определить расстояние между генами в хромосоме.

Отцом генетики называют Иоганна Грегора Менделя. Год зарождения науки- 1900.

Методы генетики:

1) Гибридологический - производится анализ закономерностей наследования отдельных признаков и свойств организмов при половом размножении, а также анализ изменчивости генов и их комбинаторики. Метод разработан Г. Менделем.

2) Цитологический- С помощью светового и электронного микроскопов изучаются материальные основы наследственности на клеточном и субклеточном уровнях (хромосомы, ДНК).

3) Цитогенетический - Синтез гибридологического и цитологического методов обеспечивает изучение кариотипа человека, изменений в строении и количестве хромосом.

4) Популяционно- статистический - Основывается на определении частоты встречаемости различных генов в популяции, что позволяет вычислить количество гетерозиготных организмов и прогнозировать, таким образом, количество особей с патологическим (мутантным) проявлением действия гена.

5) Биохимический- Изучаются нарушения обмена веществ (белков, жиров, углеводов, Минеральных веществ), возникающих в результате генных мутаций.

6) Генеалогический- Выражается в составлении родословных (человека, животных). Позволяет установить тип и характер наследования признаков

7) Близнецовый - Основан на изучении близнецов с одинаковыми генотипами, что позволяет выяснить влияние среды на формирование признаков.

8) Онтогенетический- Позволяет проследить действие генов в процессе индивидуального развития; в сочетании с биохимическим методом позволяет установить присутствие рецессивных генов в гетерозиготном состоянии по фенотипу.

Сцепленное наследование:

Сцепленным наследование называется наследование признаков определяемых генами локализованными в одной хромосоме. Явление сцепленного наследования исследовал Морган, на плодовых мушках дрозофилах.

Он скрещивал серых крылатых плодовых мушек дрозофила. При этом он получил ¾ части серых крылатых и ¼ часть черных безкрылых, т.е соотношение 3:1 вместо ожидаемого 9:3:1. Морган предложил, что ген определяющий окраску тела и форм крыльев дрозофила наследуется сцеплено, поскольку локализован в одной хромосоме.

Морган сформулировал з-н сцепленного наследования: Гены локализованные в одной хромосоме наследуются сцеплено, образуя группу сцепления.

Число групп сцепления равно гаплоидному хромосомному набору.

Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности: хромосомы являются основными носителями наследственности. Гены хромосом располагаются в линейном порядке. Морган сформулировал хромосомную теорию определения пола.

Пол- совокупность признаков и свойств организма обеспечивающих воспроизводство потомства и передача ему наследственной информации.

Пол как и всякий другой признак определяется генотипом и условиями внешней среды. Пол определяется сочетанием половых хромосом. Пол формирующий однотипные по половым хромосом гаметы называется гомогаметным, разнотипные- гетерогаметные.

Для человека: ♂- XY G: X Y

♀ XX G: X X

Подобно человеку гаметы формируются у всех других млекопитающих, некоторых видов рыб, у большинства земноводных, у насекомых.

У птиц, некоторых земноводных, растений и бабочек женский пол имеет XY хромосому или только одну X а мужской XX.

Сцепленное с полом наследование:

Признаки, наследуемые через половые X- и Y- хромосомы, получили название сцепленных с полом. У человека признаки, наследуемые через Y-хромосому, могут быть только у лиц мужского пола, а наследуемые через X-хромосому, - у лиц как одного, так и другого пола. Особь женского пола может быть как гомо-, так и гетерозиготной по генам, локализованным в X-хромосоме. А рецессивные аллели генов у нее проявляются только в гомозиготном состоянии. Поскольку у особей мужского пола только одна X-хромосома, все локализованные в ней гены, даже рецессивные, сразу же проявляются в фенотипе. Такой организм часто называют гомозиготным.

Генетические заболевания: наследуется дальтонизм, то есть такая аномалия зрения, когда человек путает цвета, чаще всего красный с зеленым. Нормальное цветовосприятие обусловлено доминантным аллелем, локализованным в X-хромосоме. Его рецессивная аллельная пара в гомо- и гетерозиготном состоянии приводит к развитию дальтонизма.

Отсюда понятно, почему дальтонизм чаще встречается у мужчин, чем у женщин: у мужчин только одна X-хромосома, и если в ней находится рецессивный аллель, детерминирующий дальтонизм, он обязательно проявляется. У женщины две X хромосомы: она может быть как гетерозиготной, так и гомозиготной по этому гену, но в последнем случае будет страдать дальтонизмом.

22. Вирусы как особая форма организации материи: их строение, особенности функционирования. Их значение для человека и в природе.

Вирусы- неклеточные формы жизни, обладающие собственным геном и способные к воспроизведению только в живой клетке-хозяине.

Вирусы (лат. virus — яд) были открыты в 1892 г. русским ученым Д. И. Ивановским при исследовании мозаичной болезни листьев табака. Они подразделяются на вирусы человека, животных, растений, грибов, бактерий.

Просто организованные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, образующих вокруг неё оболочку — капсид. Примером таких вирусов является вирус табачной мозаики. Его капсид содержит один вид белка с небольшой молекулярной массой. Сложно организованные вирусы имеют дополнительную оболочку — белковую или липопротеиновую; иногда в наружных оболочках сложных вирусов помимо белков содержатся углеводы. Примером сложно организованных вирусов служат возбудители гриппа и герпеса. Их наружная оболочка — это фрагмент ядерной или цитоплазматической мембраны клетки-хозяина, из которой вирус выходит во внеклеточную среду. Вирусы, поражающие бактерии, называются бактериофагами.

Форма вирусов разнообразна: они могут быть палочковидными, шарообразными, иметь форму многогранника.

Вирусы существуют в двух формах: в неактивной форме - вне клетки и в активной форме - внутри клетки. Проникнув через мембрану в здоровую клетку, вирус использует ферменты пораженной им клетки для синтеза собственных белков на матрице вирусной нуклеиновой кислоты. Затем происходит редупликация вирусной нуклеиновой кислоты и сборка новой вирусной частицы, которая покидает клетку. Исследования ученых вирусологов показали, что поражение клетки одной вирусной частицей препятствует заражению второй частицей.

В клетке, пораженной вирусом, могут произойти различные патологические изменения: приостановка синтеза собственных белков, перерождение в раковую клетку и даже гибель. Для защиты против вирусов клетки способны вырабатывать специальный белок интерферон. Синтез интерферона стимулируется введением в клетку чужеродной нуклеиновой кислоты.

Строение и функционирование вируса не позволяет однозначно признать его живым или неживым. Можно считать вирусы промежуточной формой. Вместе с тем вполне употребимо определение вируса как неклеточной формы жизни.

Вирус иммунодефицита человека вызывает синдром приобретенного иммунного дефицита (СПИД). Он состоит из из молекулы РНК и липопротеидной оболочки. Проникая в клетку вирус переключает ее на синтез вирусных частиц с последующим разрушением клетки. В результате ослабевает иммунитет.

Вирусы оказались ценным инструментом в фундаментальных исследованиях в области молекулярной биологии и генной инженерии. Значение вирусов огромно как в живой природе, так и в жизни человека, поскольку вирусы являются паразитами и поражают все известные организмы. Многие из них (грипп, полиомиелит, ВИЧ и др.) вызывают у людей тяжелые заболевания, нередко с летальным исходом.

Однако вирусы могут быть полезными. Прежде всего вирусы, как и любые другие паразиты, стимулируют деятельность защитных сил организмов, направляя, в известной степени, эволюционный процесс. Многие вирусы, поражающие бактерии, чрезвычайно важны для медицины и ветеринарии, поскольку позволяют естественным путем и без химических реагентов побеждать многие бактериальные инфекции.

23. Прокариоты. Систематика, особенности строения и жизнедеятельности дробянок. Их значение для человека и в природе.

Особенности морфологии:

1) Особенности морфологии:

а) разновидности форм: шаровидные: одиночные (кокки; пр.: стафиллококки, гонококки), спаренные (диплококки), ассоциированные в комплексы (сарцины), палочковидные (бациллы; пр.: кишечная палочка), изогнутые палочки (вибрионы; пр.: холерный вибрион) и спиральные палочки (спириллы; пр.: бледная спирохета – возбудитель сифилиса), плоские квадратные

б) внутреннее строение: оформленного ядра нет, имеется его аналог - нуклеоид, представляющий собой структуру в форме ромашки, состоящей из сердцевины (РНК), на которую намотано около 50 петель ДНК; мембранные структуры бактерии представлены клеточной мембраной (часто двумя - внутренней и наружной, поверх которой находится развитая клеточная стенка и слизистая капсула) и мезосомой - впячиванием плазмолеммы вглубь цитоплазмы, функции которой до конца не ясны.

Движение:

- подвижные формы; передвижение осуществляется с помощью бактериального жгутика - флагеллы, имеющего более простое строение по сравнению с жгутиком (ресничкой) эукариот и состоящего из одного белка - флагеллина; в отличии от сооответствующих структур эукариотических организмов совершает не колебательные, а вращательные движения; фунцию двигателя выполняет базальное тельце, вмонтированное в клеточную оболочку бактерии; в качестве источника энергии используется градиент ионов Н+ (реже Na+); скорость вращения флагеллы составляет 5-50 оборотов в мин; протонный мотор снабжен переключателем направления вращения, что позволяет бактерии передвигаться как жгутиком вперед, так и жгутиком назад (пр.: сальмонелла)

- неподвижные формы (кишечная палочка)

Питание:

- автотрофное; к бактериям с таким типом питания относятся фотосинтезирующие (особенности бактериального фотосинтеза заключаются в том, что: в качестве источника Н используется, как правило, сероводород, реже - органические кислоты; свободный кислород не образуется) и хемосинтезирующие бактерии (азотфиксирующие, нитрифицирующие, серобактерии, железобактерии и др.)

- гетеротрофное (сапрофиты и паразиты)

Дыхание:

- аэробная (молочно-кислые бактерии)

- анаэробная (анаэробные батерии подразделяются на строгих анаэробов, которые могут жить только в бескислородной среде, например, возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма, некоторые почвенные ьактерии и нестрогих, спсобных существовать как в присутствии кислорода, так и без него, например, дифтерийная палочка)

Размножение:

- бесполое (поперечное деление)

Значение:

- гнилостные бактерии (являются минерализаторами органического вещества, в первую очередь, содержащих азот

- молочнокислые бактерии (осуществляют брожение молока)

- нитрифицирующие бактерии (переводят NH3 в нитраты)

- пропионовокислые бактерии (используются в сыроварении)

- болезнетворные бактерии (вызывают многие инфекционные заболевания, например, холеру, сифилис, чуму, тиф, сибирскую язву).

В состав подцарства включают 7 типов: Саркомастигофоры(подтип- Жгутиконосцы, Саркодовые)(эвглена зеленая), Апикомплексы(Малярийный плазмодий), Миксоспоридии, Микроспоридии, Инфузории, Лабиринтулы, Асцетоспоридии.

24. Грибы. Систематика, особенности строения и жизнедеятельности. Их значение для человека и в природе.

Общая характеристика:

- группа низших гетеротрофных растений, лишенных хлорофилла

- численность видов – около 65 тыс.

- среда обитания – влажные места, богатые органическими веществами

Классификации

а) по уровню организации

- низшие (лишены мицелия или имеют неразделенный мицелий; представляют собой одноядерный комочек цитоплазмы, паразитирующий внутри клетки хозяина; пр.: возбудитель рака картофеля)

- высшие (имеют хорошо развитый разделенный мицелий, погруженный в субстрат – почву, растение и др. и надземную часть – плодовое тело – орган размножения, образующий споры; пр.: шляпочные грибы)

б) по строению

- одноклеточные (дрожжевые и др.)

- многоклеточные (шляпочные, плесневые и др.)

Особенности организации и метаболизма:

- отсутсвие пластид

- клеточная стенка – чаще нецеллюлозного состава, (пектиновые вещества, хитиноподобный материал)

- запасные продукты – гликоген, жиры (но не крахмал); в метаболизме – мочевина

- тело – грибница (мицелий), состоящая из ветвящихся нитей - гиф

- отсутствие приспособлений для проведения воды и защиты от испарения

Питание:

гетеротрофное – сапрофиты (плесневые, шляпочные и др.) и паразиты (главным образом, растений, реже – животных и человека); грибы питаются путем всасывания питательных веществ из окружающей среды всем телом; при этом для разрушения высокомолекулярных органических субстратов они выделяют очень активные ферменты – деполимеразы (гидролазы); для того, чтобы обеспечить эффективное поступление воды с растворенными органическими веществами из внешней среды в мицелий, в клетках грибов создается высокое тургорное давление; эти особенности питания послужили основанием для выделения особого типа питания, присущего только грибам - осмотрофного.

С корнями высших растений грибы образуют симбиотическое семейство – микоризу (дают воду и минеральные вещества, защищают от патогенных микроорганизмов, получают растворимые углеводы).

Размножение:

- вегетативное (с помощью специальныых частей мицелия)

- бесполое (с помощью спор)

- половое (слияние специальных клеток мицелии)

значение:

- минерализаторы органических веществ (в частности, эффективно разрушают остатки растений благодаря способности синтезировать ферменты, расщепляющие целлюлозу и лигнин)

- необходимый компонент многих растительных сообществ (около 80% видов растений имеют микоризу)

- активно участвуют в почвообразовательных процессах

- используются как пищевой продукт, для хлебопечения, в виноделии, пивоварении

- антибиотики грибов широко применяются в медицинской практике для лечения бактериальных инфекций (пенициллины, цефалоспорины), подавления реакции отторжения при пересадке органов (циклоспорины)

- вызывают кожные заболевания у животных и человека (дерматомикозы).

Отдел Слизевики.

Миксомицеты — активные бактериофаги, играющие значительную роль в регуляции численности и состава бактериальной флоры почв. Вегетативное тело слизевиков представляет собой текучую многоядерную массу протоплазмы — плазмодий.

Тип: Зигомицеты (Zygomycota). Половое размножение — зигога­мия, слияние двух половых клеток, пол которых внешне не разли­чим, с образованием зигоспоры. Хлебные плесени, чёрные плесени, возбудители мягкой гнили яблок. Среди зигомицетов имеются па­ризиты насекомых. Более 500 видов.

Тип: Базидиомицеты, базидиальные грибы (Basidiomycota). При поповом размножении образуются особые органы — базидии, к которым снаружи прикреплены споры. Почти все известные съедобные грибы (более 200 видов) относятся к базидиомицетам. Некоторые грибы — около 25 видов — остро ядовиты (бледная поганка). Паразиты: ржавчинные, головнёвые грибы. Известно более 30 тысяч видов.

Тип: Сумчатые грибы, аскомицеты (Askomycota). При половом размножении внутри особого органа — сумки (аска) — образуются аскоспоры. Паразиты: возбудители настоящей мучнистой росы, марши яблонь, спорыньи. Пенициллы, которые образуют антибио-1ик пенициллин. Дрожжи, плесени, из съедобных грибов — сморч­ки и трюфели. С помощью аскомицетов изготавливают мягкие сы­ры рокфор и камамбер. Всего известно более 30 тысяч видов.

25. Общая характеристика представителей Царства Растений: особенности строения, тип питания, систематика растений.

Растения- это эукариотические автотрофные фотосинтезирующие организмы. Царство растений насчитывает около 400 тыс. видов. Растения являются главными продуцентами органических веществ, основным источником энергии для гетеротрофных организмов, важнейшим звеном в биогеохимических процессах в биосфере.

Растения способны к фотосинтезу;

клетки растений покрыты плотной целлюлозной оболочкой;

у растений наблюдается высокая расчлененность тела;

существуют некоторые ограниченные движения, но в целом неподвижны;

размножаются при помощи спор, семян и вегетативных органов;

запасным питательным веществом растений служит крахмал;

в жизни любого растения происходит чередование поколений.

Делится на подцарства: Багрянки, Настоящие водоросли, Высшие растения.

Низшие растения (Багрянки и Настоящие водоросли):

не имеют органов и тканей;

обитают чаще всего в воде;

размножаются неподвижными спорами или подвижными зооспорами.

Высшие растения - это:

наземные растения;

тело их расчленено на органы и ткани;

вегетативные органы выполняют функции обмена веществ и питания;

у голосеменных и покрытосеменных особый орган полового размножения – семя.

Способ питания автотрофный: растения самостоятельно создают органические вещества из неорганических с использованием солнечной энергии (фотосинтез).

Роль растений в природе и жизни человека:

Обогащают атмосферный воздух планеты кислородом.

Ими питаются многие живые организмы.

Они являются строительным материал и энергетическим ресурсом, сырьем для производства лекарств, тканей.

Очищают воздух от пыли и вредных газов, влияют на микроклимат.

Приглушают вредные индустриальные шумы, снимают нервное напряжение.

Убивают бактерии.

В зарослях растений живут многие животные

26. Низшие растения: бурые, красные, зелёные водоросли. Особенности их строения, многообразие, значение для человека и в природе.

Дата добавления: 2015-04-23