タンパク質、核酸、炭水化物、脂質の分子が細胞内でのみ生体高分子と見なされるのはなぜですか？脂肪が豊富な食品

ルートを見てください！
コズマ・プリュートコフ

生細胞にはどのような化学元素が含まれていますか？砂糖と脂質はどのような役割を果たしますか？タンパク質はどのように配置され、それらの分子はどのように特定の空間形状を獲得しますか？酵素とは何ですか、そしてそれらはどのようにそれらの基質を認識しますか？ RNAとDNA分子の構造は何ですか？ DNA分子のどのような特徴がそれが遺伝情報のキャリアの役割を果たすことを可能にしますか？

レッスン-講義

生活の基本的および分子的構成..。私たちは、分子遺伝学的レベルから生命システムとの知り合いを始めます。これは、生物の細胞の構造的および機能的基盤を構成する分子のレベルです。

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DIメンデレーエフの周期表に含まれるすべての既知の元素のうち、約80が生細胞で発見されたことを思い出してください。さらに、無生物に存在しない元素は1つもありません。これは、生物と無生物の性質の共通性の証明の1つとして機能します。

細胞塊の90％以上が炭素、水素、窒素、酸素で構成されています。硫黄、リン、カリウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、塩素は、細胞内にはるかに少量含まれています。他のすべての元素（亜鉛、銅、ヨウ素、フッ素、コバルト、マンガンなど）は、合わせて細胞塊の0.02％以下を構成します。したがって、それらは微量栄養素と呼ばれます。微量元素は、ホルモン、酵素、ビタミンの一部です。つまり、生物学的活性の高い化合物です。

たとえば、ホルモンの生成に必要な体内のヨウ素の不足甲状腺-チロキシンは、このホルモンの産生を減少させ、その結果、クレチン病を含む深刻な病気の発症につながります。

セルの内容物のほとんどは水です。多くの物質が細胞に入ったり、細胞から除去されたりします水溶液、ほとんどの細胞内反応は水生環境でも起こります。さらに、水は多くの化学反応にも直接関与し、結果として生じる化合物にH +またはOH-イオンを与えます。水は熱容量が大きいため、セル内の温度を安定させ、セル周辺の温度変動への依存度を低くします。

細胞の体積の70％を占める水に加えて、有機物質である炭素化合物が含まれています。それらには、最大30個の炭素原子と高分子を含む小分子が含まれます。前者には、単糖（単糖）、脂質、アミノ酸、ヌクレオチドが含まれます。それらは高分子を構築するための構造的構成要素として機能し、さらに、生細胞の代謝とエネルギーのプロセスにおいて重要な役割を果たします。

それでも、分子レベルでの生命の基本はタンパク質と核酸であり、これについてはさらに詳しく説明します。

アミノ酸とタンパク質..。タンパク質は野生生物において特別な役割を果たします。それらはセルの構成材料として機能し、セル内で行われるプロセスは、実際にはそれらの参加なしに完了することはありません。

タンパク質分子はアミノ酸の鎖であり、そのような鎖のリンクの数は1万から数千の範囲である可能性があります。隣接するアミノ酸は、と呼ばれる特別な種類の化学結合によって互いにリンクされています ペプチド..。この結合は、あるアミノ酸のカルボキシル基が別のアミノ酸の隣接するアミノ基に結合するときに、タンパク質合成の過程で形成されます（図32）。

米。 32.ペプチド結合

20種類のアミノ酸すべてがタンパク質の構築に関与しています。しかし、タンパク質鎖におけるそれらの交互の順序は非常に異なり、それは膨大な数の組み合わせの機会を生み出し、その結果、多数のタイプのタンパク質分子の構築の機会を生み出します。タンパク質を構築するために必要な20個のアミノ酸すべてを合成できるのは植物だけであることに注意してください。一方、動物は植物を食べることで必須と呼ばれる多くのアミノ酸を受け取ります。

タンパク質分子のアミノ酸配列は次のように表されます。 一次構造リス（図33）。区別して 二次構造タンパク質。アミノ酸鎖の個々の断片の空間的配置の性質として理解されています。二次構造では、タンパク質分子のセクションはらせん状または折りたたまれた層の形をしています。それらの形成における重要な役割は、異なるアミノ酸のペプチド結合（-N-H ... 0 = C-）の酸素と水素の間に確立される水素結合に属します。

米。 33.タンパク質の構造

下 三次構造タンパク質とは、アミノ酸鎖全体の空間的配置を指します。

三次構造は、繊維状または円形のタンパク質分子の形状と多くの関係があります。後者の場合、分子はその疎水性領域が内側にあり、極性親水性基が表面にあるように折りたたまれます。結果として生じる空間構造はと呼ばれます グローブル.

最後に、いくつかのタンパク質は、それぞれがアミノ酸の独立した鎖を形成するいくつかの小球を含む場合があります。単一の複合体へのいくつかの小球の組み合わせは、用語で表されます 四次構造リス。たとえば、ヘモグロビンタンパク質分子は、非タンパク質部分であるヘムを含む4つの小球で構成されています。

タンパク質分子は、複雑な空間構造に自己組織化することができ、その構成は特異的であり、アミノ酸の配列、すなわちタンパク質の一次構造によって決定されます。

自己組織化はユニークなプロパティそれらの機能の多くの根底にあるタンパク質。特に、酵素（生物学的触媒）による認識のメカニズムは、タンパク質分子の空間構造の特異性に基づいています。基板つまり、酵素と相互作用した後、特定の化学変換を受けて次のようになる分子製品.

酵素はタンパク質であり、分子の特定の部分が活性中心を形成します。特定の酵素に特異的な基質に結合し、それを生成物に変換します。この場合、酵素は、各酵素に固有の活性中心の特別な空間構成により、その基質を区別することができます。あなたは基質が錠の鍵のように酵素に合うと想像することができます。

タンパク質のすべての特性は、その一次構造、つまり分子内のアミノ酸の配列に基づいていることがわかりました。それは20アミノ酸文字のアルファベットで書かれた単語と比較することができます。また、単語がある場合は、これらの単語をエンコードできる暗号が存在する可能性があります。どのように？核酸の構造に精通していると、この質問に答えるのに役立ちます。

ヌクレオチドおよび核酸..。ヌクレオチドは、窒素含有環状化合物（窒素塩基）、5炭素糖、およびリン酸残基で構成されています。核酸高分子はそれらから作られています。

分子の組成 RNA（リボ核酸）には、リボース糖に基づいて構築され、窒素塩基としてアデニン（A）、グアニン（G）、シトシン（C）、およびウラシル（U）を含むヌクレオチドが含まれます。分子を構成するヌクレオチド DNA（デオキシリボ核酸）、デオキシリボースを含み、ウラシルの代わりに-チミン（T）。

DNA（RNA）分子内でのヌクレオチドの相互接着は、あるヌクレオチドのリン残基が別のヌクレオチドのデオキシリボース（リボース）と結合することによって発生します（図34）。

米。 34.鎖の構成とDNA分子の構造

DNA分子の組成を研究する過程で、それぞれのアデニン核酸塩基の数（A）はチミンの数（T）に等しく、グアニンの数（G）は等しいことがわかりました。シトシンの数（C）に。この発見は、1953年に有名な二重らせんであるDNA分子のモデルであるJ.ワトソンとF.クリックを作成するための前提条件として役立ちました。

このモデルによると、DNA分子は2本の鎖で構成されており、右巻きのらせん状に巻かれています（図35）。

米。 35.DNA構造モデル

各鎖には、他の鎖の配列に厳密に対応する（相補的な）ヌクレオチドの配列が含まれています。この対応は、互いに向けられた2つの鎖の窒素塩基間の水素結合の存在によって達成されます-AとTまたはGとTs。

核酸塩基の分子の空間構造は、AとT、およびGとCだけが互いに水素結合を形成するのに十分に接近できるようなものであるため、他のペアの核酸塩基間の接続は不可能です。

DNAの最も重要な特徴は、その自己倍加の可能性です- レプリケーション、これは酵素のグループの参加によって実行されます（図36）。

米。 36.DNA複製のスキーム

末端の1つを含む特定の領域では、二本鎖らせんDNA分子が鎖間の水素結合を切断します。彼らは分離してくつろぎます。

このプロセスは徐々に分子全体を引き継ぎます。テンプレートのように、親分子の鎖がそれらの上で分岐すると、娘鎖は環境で利用可能なヌクレオチドから構築されます。新しい鎖の組み立ては、相補性の原則に従って厳密に進行します。各Aに対して、Tに対して、G-Cに対してなどです。その結果、2つの新しいDNA分子が得られ、それぞれが元の鎖から1つ残っています。 DNA分子、そして2番目-新しいもの..。この場合、複製中に形成された2つのDNA分子は、元のDNA分子と同じです。

DNA分子が自己コピーする能力は、生物による遺伝情報の伝達の基礎です。 DNA分子のヌクレオチド塩基の配列は、正確には、体の機能に必要なタンパク質に関する情報をエンコードする暗号です。

DNAとは異なり、RNA分子は1つのポリヌクレオチド鎖で構成されています。細胞内でさまざまな機能を実行するRNAにはいくつかの種類があります。 DNA鎖のセクションのRNAコピーは、情報または メッセンジャーRNA（mRNA）そしてDNAからタンパク質-リボソームを合成する細胞構造への遺伝情報の伝達における仲介者の役割を果たします。さらに、ケージには含まれています リボソームRNA（rRNA）、タンパク質と一緒にリボソームを形成し、 RNAを輸送する（tRNA）、タンパク質合成の部位へのアミノ酸の輸送、および他のいくつか。

DNA分子は、水素結合によって結合されたヌクレオチドの2つのコイル状の相補鎖で構成されています。発電機ATと G-Cカップル根拠。 DNA鎖のヌクレオチド配列は、遺伝情報をエンコードする暗号として機能します。この情報の解読は、RNA分子の関与によって実行されます。 DNAが自己コピー（複製）する能力は、生きている自然の中で遺伝情報を転送する能力を提供します。

なぜタンパク質は生命の分子と呼ばれるのですか？
細胞の生命の過程におけるタンパク質の空間構造の役割は何ですか？
DNA複製プロセスの背後にある原理は何ですか？

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生物学-生命の科学は最も古い科学の1つです。人類は何千年もの間、生物についての知識を蓄積してきました。知識が蓄積されるにつれて、生物学は独立した科学（植物学、動物学、微生物学、遺伝学など）に分化しました。生物学を他の科学（物理学、化学、数学など）と結び付ける境界分野の重要性はますます高まっており、統合の結果として、生物物理学、生化学、宇宙生物学などが生まれています。

現在、生物学は複雑な科学であり、さまざまな分野の差別化と統合の結果として形成されています。

生物学の用途さまざまな方法研究：観察、実験、比較など。

生物学は生物を研究します。それらはエネルギーを受け取り、栄養素から環境..。生物は外部の影響に反応し、発達と繁殖に必要なすべての情報を含み、特定の生息地に適応します。

組織のレベルに関係なく、すべての生きているシステムには共通の機能があり、システム自体は継続的に相互作用しています。科学者は、生きている自然の組織の次のレベルを区別します：分子、細胞、生物、個体群固有、生態系および生物圏。

第1章分子レベル

分子レベルは、生物の組織化の初期の最も深いレベルと呼ぶことができます。すべての生物は、生体分子と呼ばれる有機物質の分子（タンパク質、核酸、炭水化物、脂肪（脂質））で構成されています。生物学者は、生物の成長と発達、遺伝情報の保存と伝達、生細胞やその他のプロセスにおける代謝とエネルギー変換におけるこれらの必須の生物学的化合物の役割を調査しています。

この章では、

生体高分子とは何ですか。

生体分子の構造は何ですか。

生体分子の機能は何ですか。

ウイルスとは何ですか、そしてそれらの特異性は何ですか。

§4。分子レベル：一般的な特性

1.化学元素とは何ですか？

2.原子と分子とは何ですか？

3.あなたはどんな有機物質を知っていますか？

どんなに複雑な組織であっても、生体高分子の機能レベルで現れます。

生物を研究して、それらが非生物と同じ化学元素で構成されていることを学びました。現在、100を超える元素が知られており、それらのほとんどは生物に含まれています。生きている自然の中で最も一般的な要素には、炭素、酸素、水素、窒素が含まれます。いわゆる分子（化合物）を形成するのはこれらの元素です 有機物.

すべての有機化合物は炭素に基づいています。それは多くの原子とそれらのグループと結合し、異なる鎖を形成することができます化学組成、構造、長さ、形状。原子のグループから分子が形成され、後者からは構造と機能が異なるより複雑な分子が形成されます。生物の細胞を構成するこれらの有機化合物は、 生物学的ポリマーまた 生体高分子.

ポリマー（ギリシャ語から。ポリ-多数）-多数のリンクで構成されるチェーン- モノマー、それぞれが比較的単純です。ポリマー分子は、何千もの相互接続されたモノマーで構成され、同じでも異なっていてもかまいません（図4）。

米。 4.モノマーとポリマーの構造図

生体高分子の特性は、分子の構造、つまりポリマーを形成するモノマー単位の数と種類によって異なります。それらはすべて、種に関係なく、すべての生物に対して同じ計画に従って構築されているため、普遍的です。

各タイプの生体高分子には、特定の構造と機能があります。だから、分子 タンパク質細胞の主要な構造要素であり、細胞内で発生するプロセスを調節します。核酸細胞から細胞へ、生物から生物への遺伝的（遺伝的）情報の伝達に参加する。 炭水化物と脂肪生物の生命に必要な最も重要なエネルギー源です。

細胞内のあらゆる種類のエネルギーと代謝の変換が起こるのは分子レベルです。これらのプロセスのメカニズムは、すべての生物にとっても普遍的です。

同時に、すべての生物を構成する生体高分子のさまざまな特性は、長いポリマー鎖の多くの変形を形成するほんの数種類のモノマーのさまざまな組み合わせによるものであることが判明しました。この原則は、私たちの惑星の生命の多様性の根底にあります。

生体高分子の特定の特性は、生細胞でのみ現れます。細胞から分離された生体高分子は、生物学的本質を失い、それらが属する化合物のクラスの物理化学的特性によってのみ特徴付けられます。

分子レベルを研究することによってのみ、私たちの惑星の生命の起源と進化のプロセスがどのように進行したか、生物の遺伝と代謝プロセスの分子基盤は何であるかを理解することができます。

分子レベルと次の細胞レベルの間の連続性は、生物学的分子が超分子-細胞-構造が形成される材料であるという事実によって保証されます。

有機物：タンパク質、核酸、炭水化物、脂肪（脂質）。生体高分子。モノマー

質問

1.科学者は分子レベルでどのようなプロセスを調査していますか？

2.生物の構成にはどのような要素がありますか？

3.タンパク質、核酸、炭水化物、脂質の分子が細胞内でのみ生体高分子と見なされるのはなぜですか？

4.生体高分子分子の普遍性とはどういう意味ですか？

5.生物の一部である生体高分子の特性の多様性はどのように達成されますか？

タスク

段落のテキストの分析に基づいて、どのような生物学的パターンを定式化できますか？クラスのメンバーと話し合ってください。

§5。炭水化物

1.炭水化物に関連する物質を知っていますか？

2.炭水化物は生体内でどのような役割を果たしますか？

3.どのようなプロセスの結果として、緑の植物の細胞で炭水化物が形成されますか？

炭水化物、また糖類、は有機化合物の主要なグループの1つです。それらはすべての生物の細胞の一部です。

炭水化物は、炭素、水素、酸素で構成されています。それらのほとんどが水分子と同じ分子内の水素と酸素の比率を持っているので、それらは「炭水化物」という名前を得ました。炭水化物の一般式はCn（H 2 0）mです。

すべての炭水化物は単純な、またはに分けられます単糖、および複雑、または 多糖類（図5）。単糖のうち、生物にとって最も重要なものは リボース、デオキシリボース、ブドウ糖、果糖、ガラクトース.

米。 5.単純な炭水化物と複雑な炭水化物の分子の構造

Di-と 多糖類 2つ以上の単糖分子を組み合わせることによって形成されます。そう、 スクロース（サトウキビ）、 マルトース（麦芽砂糖）、乳糖（乳糖）- 二糖類 2つの単糖分子の融合によって形成されます。二糖類は、単糖類と特性が似ています。例えば、どちらも水溶性で甘い味がします。

多糖類は、多数の単糖類で構成されています。これらには以下が含まれます でんぷん、グリコーゲン、セルロース、キチンおよびその他（図6）。モノマーの量が増えると、多糖類の溶解度が低下し、甘味がなくなります。

炭水化物の主な機能は エネルギッシュ..。炭水化物分子の分解と酸化の間に、エネルギーが放出され（1gの炭水化物の分解の間に-17.6kJ）、それは体の生命活動を確実にします。炭水化物が過剰になると、それらは貯蔵物質（デンプン、グリコーゲン）として細胞内に蓄積し、必要に応じて、エネルギー源として体によって使用されます。細胞内の炭水化物の分解の促進は、例えば、種子の発芽、激しい筋肉の働き、長時間の絶食の間に観察することができます。

炭水化物はまたとして使用されます建材..。したがって、セルロースは、多くの単細胞生物、真菌、植物の細胞壁の重要な構造成分です。セルロースは特殊な構造のため、水に溶けず、強度があります。平均して、植物細胞壁の材料の20〜40％はセルロースであり、綿繊維はほぼ純粋なセルロースであるため、組織の作成に使用されます。

米。 6.多糖類の構造のスキーム

キチンは、一部の原生動物や真菌の細胞壁の一部です。また、節足動物などの特定の動物グループでも、外部骨格の重要な構成要素として見られます。

複雑な多糖類も知られており、2種類の単糖で構成されており、これらは規則的に長鎖で交互になっています。このような多糖類は、動物の支持組織で構造的機能を果たします。それらは皮膚、腱、軟骨の細胞間物質の一部であり、それらに強度と弾力性を与えます。

一部の多糖類は細胞膜の一部であり、受容体として機能し、細胞が互いに認識して相互作用することを保証します。

炭水化物、または糖類。単糖。二糖類。多糖類。リボース。デオキシリボース。グルコース。フルクトース。ガラクトース。スクロース。マルトース。乳糖。スターチ。グリコーゲン。キチン

質問

1.炭水化物分子の組成と構造は何ですか？

2.単糖類、二糖類、多糖類と呼ばれる炭水化物は何ですか？

3.炭水化物は生体内でどのような機能を果たしますか？

タスク

図6「多糖類の構造のスキーム」と段落のテキストを分析します。分子の構造的特徴と、生体内でデンプン、グリコーゲン、セルロースによって実行される機能の比較に基づいて、どのような仮定を立てることができますか？この問題についてクラスメートと話し合ってください。

§6。脂質

1.どんな脂肪物質を知っていますか？

2.脂肪が豊富な食品は何ですか？

3.体内の脂肪の役割は何ですか？

脂質（ギリシャ語から。 リポス-脂肪）-水に不溶性の脂肪様物質の広範なグループ。ほとんどの脂質は、高分子量の脂肪酸と三価アルコールグリセロールで構成されています（図7）。

脂質は例外なくすべての細胞に存在し、特定の生物学的機能を果たします。

脂肪-最も単純で最も普及している脂質-として重要な役割を果たします エネルギー源..。酸化されると、炭水化物の2倍以上のエネルギーを供給します（1gの脂肪の分解に対して38.9kJ）。

米。 7.トリグリセリド分子の構造

脂肪が主な形態です 脂質貯蔵檻の中。脊椎動物では、静止している細胞が消費するエネルギーの約半分は脂肪の酸化によるものです。脂肪は水源としても使用できます（1gの脂肪を酸化すると1g以上の水が生成されます）。これは、自由水が不足している状況で生活している北極圏や砂漠の動物にとって特に価値があります。

脂質は熱伝導率が低いため、 保護機能つまり、それらは生物の断熱に役立ちます。たとえば、多くの脊椎動物では、皮下脂肪層がよく発現しているため、寒冷な気候での生活が可能になります。また、鯨類では、浮力に寄与するという別の役割も果たします。

脂質は実行し、 構築機能 、水に溶けないため、細胞膜の必須成分になります。

多くの ホルモン（たとえば、副腎皮質、生殖器）は脂質誘導体です。したがって、脂質は固有のものです 規制機能.

脂質。脂肪。ホルモン。脂質機能：エネルギー、貯蔵、保護、建設、規制

質問

1.脂質とは何ですか？

2.ほとんどの脂質の構造は何ですか？

3.脂質はどのような機能を果たしますか？

4.脂質が最も豊富な細胞や組織はどれですか？

タスク

段落のテキストを分析した後、冬の前に多くの動物や嫌悪感のある魚が産卵前により多くの脂肪を蓄積する傾向がある理由を説明してください。この現象が最も顕著である動植物の例を挙げてください。余分な脂肪は常に体に良いですか？この問題についてクラスで話し合います。

§7。タンパク質の組成と構造

1.体内のタンパク質の役割は何ですか？

2.タンパク質が豊富な食品は何ですか？

有機物の中で タンパク質、また タンパク質、最も多く、最も多様で、最も重要な生体高分子です。それらは細胞の乾燥質量の50-80％を占めます。

タンパク質分子は大きいサイズだから彼らは呼ばれます 高分子..。タンパク質には、炭素、酸素、水素、窒素に加えて、硫黄、リン、鉄が含まれます。タンパク質は、モノマーの数（100から数千）、組成、および配列が互いに異なります。アミノ酸はタンパク質のモノマーです（図8）。

たった20個のアミノ酸の組み合わせを変えることで、無限の種類のタンパク質が作られます。各アミノ酸には、独自の名前、特別な構造、および特性があります。それらの一般式は次のように表すことができます。

アミノ酸分子は、すべてのアミノ酸が同一の2つの部分で構成され、1つは塩基性のアミノ基（-NH 2）で、もう1つは酸性のカルボキシル基（-COOH）です。ラジカル（R）と呼ばれる分子の部分は、アミノ酸ごとに異なる構造を持っています。 1つのアミノ酸分子に塩基性基と酸性基が存在することで、それらの高い反応性が決まります。これらのグループを介して、アミノ酸はタンパク質の形成中に結合されます。この場合、水分子が現れ、放出された電子が形成されます ペプチド結合..。したがって、タンパク質は ポリペプチド.

米。 8.アミノ酸の構造の例-タンパク質分子のモノマー

タンパク質分子は異なる空間構成を持つことができます- タンパク質の構造、およびそれらの構造には、4つのレベルの構造組織があります（図9）。

ポリペプチド鎖のアミノ酸配列は 一次構造リス。それはあらゆるタンパク質に固有であり、その形状、特性、および機能を決定します。

ほとんどのタンパク質は、ポリペプチド鎖の異なるアミノ酸残基のCOグループとNHグループの間の水素結合の形成の結果としてヘリックスの形をしています。水素結合は弱いですが、一緒になってかなり強い構造を提供します。このスパイラル- 二次構造リス。

三次構造-ポリペプチド鎖の3次元空間「パッキング」。結果は奇妙ですが、各タンパク質の特定の構成- グローブル..。三次構造の強さは、アミノ酸ラジカル間のさまざまな結合によって提供されます。

米。 9.タンパク質分子の構造のスキーム：I、II、III、IV-一次、二次、三次、四次構造

四次構造すべてのタンパク質に典型的ではありません。これは、三次構造を持ついくつかの高分子が複雑な複合体に結合した結果として発生します。たとえば、ヒトの血液ヘモグロビンは、4つのタンパク質高分子の複合体です（図10）。

タンパク質分子の構造のこの複雑さは、これらの生体高分子に固有のさまざまな機能に関連しています。

タンパク質の自然な構造の違反はと呼ばれます変性（図11）。これは、温度、化学物質、放射エネルギー、およびその他の要因の影響下で発生する可能性があります。弱い衝撃では、四次構造のみが崩壊し、強いもの、三次構造、次に二次構造となり、タンパク質はポリペプチド鎖の形で残ります。

米。 10.ヘモグロビン分子の構造のスキーム

このプロセスは部分的に可逆的です。一次構造が破壊されていない場合、変性したタンパク質はその構造を復元することができます。このことから、タンパク質高分子のすべての構造的特徴は、その一次構造によって決定されるということになります。

そのほか 単純なタンパク質アミノ酸だけで構成されており、 複雑なタンパク質、炭水化物が含まれる場合があります（ 糖タンパク質）、脂肪（ リポタンパク質）、核酸（ 核タンパク質）や。。など。

細胞の生命におけるタンパク質の役割は非常に大きいです。現代の生物学は、生物間の類似点と相違点が最終的にタンパク質のセットによって決定されることを示しています。体系的な位置で生物が互いに接近しているほど、それらのタンパク質はより類似しています。

米。 11.タンパク質の変性

タンパク質、またはタンパク質。単純なタンパク質と複雑なタンパク質。アミノ酸。ポリペプチド。タンパク質の一次、二次、三次および四次構造

質問

1.タンパク質またはタンパク質と呼ばれる物質は何ですか？

2.タンパク質の一次構造は何ですか？

3.二次、三次、四次のタンパク質構造はどのように形成されますか？

4.タンパク質の変性とは何ですか？

5.タンパク質はどのような基準で単純なものと複雑なものに分けられますか？

タスク

あなたはそのタンパク質を知っています鶏卵主にタンパク質で構成されています。ゆで卵のタンパク質構造の変化を説明するものを考えてみてください。タンパク質の構造がどこで変化するかを知っている他の例を挙げてください。

§8。タンパク質の機能

1.炭水化物の機能は何ですか？

2.タンパク質のどのような機能を知っていますか？

タンパク質は非常に重要で多様な機能を果たします。これは主に、タンパク質自体の形態と組成の多様性のために可能です。

タンパク質分子の最も重要な機能の1つは工事 (プラスチック）。タンパク質は、すべての細胞膜と細胞小器官の一部です。壁は主にタンパク質で構成されています血管、軟骨、腱、髪の毛、爪。

非常に重要なのは触媒、また 酵素、タンパク質機能..。特殊なタンパク質-酵素は、細胞内で数千万回から数億回の生化学反応を促進することができます。約千の酵素が知られています。各反応は特定の酵素によって触媒されます。これについては、以下で詳しく説明します。

モーター機能特別な収縮性タンパク質を実行します。それらのおかげで、繊毛とべん毛は原生動物で動き、染色体は細胞分裂中に動き、多細胞生物では筋肉が収縮し、生物の他の種類の動きが改善されます。

は重要 トランスポート機能タンパク質。したがって、ヘモグロビンは肺から他の組織や臓器の細胞に酸素を運びます。ヘモグロビンに加えて、筋肉には別のガス輸送タンパク質であるミオグロビンも含まれています。血清タンパク質は、さまざまな生物活性物質である脂質や脂肪酸の移動を促進します。細胞の外膜にある輸送タンパク質は、環境から細胞質にさまざまな物質を運びます。

特定のタンパク質が機能する 保護機能..。それらは、外来のタンパク質や微生物の侵入や損傷から体を保護します。したがって、リンパ球によって産生される抗体は外来タンパク質をブロックします。フィブリンとトロンビンは、失血から体を保護します。

規制機能タンパク質に固有- ホルモン..。それらは、血液や細胞内の物質の一定濃度を維持し、成長、生殖、その他の重要なプロセスに関与します。たとえば、インスリンは血糖値を調節します。

タンパク質も持っています 信号機能..。タンパク質は細胞膜に組み込まれており、環境要因に応じて三次構造を変化させることができます。これは、外部環境から信号を受信し、情報をセルに送信する方法です。

タンパク質はできる エネルギー関数、セル内のエネルギー源の1つです。 1 gのタンパク質が完全に分解されて最終製品になると、17.6kJのエネルギーが放出されます。ただし、タンパク質がエネルギー源として使用されることはめったにありません。タンパク質分子の分解によって放出されるアミノ酸は、新しいタンパク質を構築するために使用されます。

タンパク質の機能：構築、運動、輸送、保護、調節、シグナル伝達、エネルギー、触媒。ホルモン。エンザイム

質問

1.タンパク質のさまざまな機能を説明するものは何ですか？

2.タンパク質のどのような機能を知っていますか？

3.ホルモンタンパク質の役割は何ですか？

4.酵素タンパク質の機能は何ですか？

5.タンパク質がエネルギー源としてめったに使用されないのはなぜですか？

§9。核酸

1.細胞内の核の役割は何ですか？

2.細胞のどの細胞小器官に、遺伝形質の伝達が関連していますか？

3.酸と呼ばれる物質は何ですか？

核酸（緯度から。核-核）は、白血球の核で最初に発見されました。その後、核酸はすべての細胞に含まれ、核だけでなく、細胞質やさまざまな細胞小器官にも含まれていることがわかりました。

核酸には2つのタイプがあります- デオキシリボ核（省略形 DNA）と リボ核（省略形 RNA）。名前の違いは、DNA分子が炭水化物を含んでいるという事実によるものです デオキシリボース、およびRNA分子- リボース.

核酸-モノマーで構成される生体高分子- ヌクレオチド..。モノマー-DNAとRNAのヌクレオチドは類似した構造を持っています。

各ヌクレオチドは、強力な化学結合によってリンクされた3つのコンポーネントで構成されています。この 核酸塩基、炭水化物（リボースまたはデオキシリボース）および リン酸残基（図12）。

部 DNA分子 4種類の核酸塩基が含まれています。 アデニン、グアニン、シトシンまた チミン..。それらは、対応するヌクレオチドの名前を決定します：アデニル（A）、グアニル（G）、シチジル（C）およびチミジル（T）（図13）。

米。 12.ヌクレオチドの構造図-DNA（A）とRNA（B）のモノマー

各DNA鎖は、数万ヌクレオチドのポリヌクレオチドです。

DNA分子は複雑な構造をしています。それは2つのらせん状にねじれた鎖で構成されており、それらは全長に沿って水素結合によって互いに接続されています。 DNA分子にのみ固有のこの構造は、 二重らせん.

米。 13.DNAヌクレオチド

米。 14.ヌクレオチドの相補的接続

DNA二重らせんの形成中、一方の鎖の核酸塩基は、もう一方の核酸塩基に対して厳密に定義された順序で配置されます。この場合、重要な規則性が明らかになります。一方の鎖のアデニンに対して、もう一方の鎖のチミンは常に位置し、グアニン-シトシンに対して、またはその逆です。これは、アデニンとチミンのヌクレオチド対、およびグアニンとシトシンが互いに厳密に対応し、相補的であるためです。 補完的（緯度から。補数-追加）、お互いに。そしてパターン自体は 相補性の原理..。この場合、アデニンとチミンの間には常に2つの水素結合が生じ、グアニンとシトシンの間には3つの水素結合が生じます（図14）。

その結果、どの生物においても、アデニルヌクレオチドの数はチミジルヌクレオチドの数に等しく、グアニルヌクレオチドの数はシチジルヌクレオチドの数に等しい。相補性の原理に従って、一方のDNA鎖のヌクレオチドの配列を知ることにより、もう一方の鎖のヌクレオチドの順序を確立することが可能です。

DNAの4種類のヌクレオチドの助けを借りて、体に関するすべての情報が記録され、それは次世代に受け継がれます。言い換えれば、DNAは遺伝情報のキャリアです。

DNA分子は主に細胞の核に見られますが、ミトコンドリアや色素体には少量見られます。

RNA分子は、DNA分子とは対照的に、はるかに小さい寸法の単鎖からなるポリマーです。

RNAモノマーは、リボース、リン酸残基、および4つの窒素塩基の1つからなるヌクレオチドです。 3つの核酸塩基（アデニン、グアニン、シトシン）はDNAと同じであり、4番目は ウラシル.

RNAポリマーは、リボースと隣接するヌクレオチドのリン酸残基との間の共有結合によって形成されます。

RNAには3種類あり、構造、分子のサイズ、細胞内の位置、実行される機能が異なります。

リボソームRNA (rRNA）はリボソームの一部であり、タンパク質生合成のプロセスが行われるそれらの活性中心の形成に関与しています。

RNAを輸送する (tRNA）-最小サイズ-アミノ酸をタンパク質合成部位に輸送します。

情報、また メッセンジャー、RNA (mRNA）は、DNA分子の鎖の1つの部位で合成され、タンパク質の構造に関する情報を細胞核からリボソームに伝達し、そこでこの情報が実現されます。

したがって、さまざまな種類のRNAは、タンパク質合成による遺伝情報の実装を目的とした単一の機能システムを表しています。

RNA分子は、細胞の核、細胞質、リボソーム、ミトコンドリア、色素体に見られます。

核酸。デオキシリボ核酸、またはDNA。リボ核酸、またはRNA。窒素塩基：アデニン、グアニン、シトシン、チミン、ウラシル、ヌクレオチド。二重らせん。相補性。トランスポートRNA（tRNA）。リボソームRNA（rRNA）。メッセンジャーRNA（mRNA）

質問

1.ヌクレオチドの構造は何ですか？

2. DNA分子の構造は何ですか？

3.相補性の原則は何ですか？

4. DNAとRNA分子の構造の共通点と違いは何ですか？

5.どのような種類のRNA分子を知っていますか？それらの機能は何ですか？

タスク

1.段落のアウトラインを作成します。

2.科学者は、DNA鎖の断片が次の組成を持っていることを発見しました：C-G G A A T T C Ts。相補性の原理を使用して、2番目の鎖を完成させます。

3.研究の過程で、研究されたDNA分子では、アデニンが核酸塩基の総数の26％を構成していることがわかりました。この分子内の他の窒素塩基の数を数えます。

質問1.科学者は分子レベルでどのようなプロセスを調査していますか？
分子レベルでは、生物の最も重要な重要なプロセスが研究されています：その成長と発達、代謝とエネルギー変換、遺伝情報の保存と伝達、変動性。分子レベルの基本単位は遺伝子であり、核酸分子の断片であり、定性的および定量的に定義された生物学的情報の量が記録されています。

質問2.生物の構成にはどのような要素がありますか？
生物には70〜80を超える化学元素が含まれていますが、炭素、酸素、水素、窒素、リンが優勢です。

質問3.タンパク質、核酸、炭水化物、脂質の分子が細胞内でのみ生体高分子と見なされるのはなぜですか？
タンパク質、核酸、炭水化物、脂質の分子は、繰り返しのモノマーで構成されているため、ポリマーです。しかし、これらの物質は生体系（細胞、生物）でのみ生物学的本質を発揮し、多くの特定の特性を持ち、多くの重要な機能を果たします。したがって、生体系では、このような物質は生体高分子と呼ばれます。生体系の外では、これらの物質は生物学的特性と特性を失い、生体高分子ではありません。

質問4.生体高分子分子の普遍性とはどういう意味ですか？
セルで実行される複雑さと機能のレベルに関係なく、すべての生体高分子には次の機能があります。
それらの分子には長い枝はほとんどありませんが、短い枝はたくさんあります。
ポリマー鎖は強く、自然に崩壊しません。
生化学的機能的活性、すなわち、細胞内溶液中の細胞に必要な生化学的反応および変換を実行する能力を提供する様々な官能基および分子フラグメントを運ぶことができる。
生化学的機能の実行に必要な非常に複雑な空間構造の形成に十分な柔軟性を持っている、すなわち、分子機械としてのタンパク質、プログラミング分子としての核酸などの操作のために。
コミュニケーションC-H C-C生体高分子は、その強度にもかかわらず、同時に電子エネルギーの蓄積器です。
生体高分子の主な特性は、ポリマー鎖の線形性です。これは、線形構造のみがモノマーから簡単にエンコードおよび「組み立て」られるためです。さらに、ポリマースレッドに柔軟性がある場合、それから目的の空間構造を形成するのは非常に簡単であり、このように構築された分子機械がクッションされて壊れた後、それを構成要素に順番に分解するのは簡単ですそれらを再び使用します。これらの特性は、炭素ベースのポリマーでのみ組み合わされます。生体システム内のすべての生体高分子は、特定の特性を実行し、多くの重要な機能を実行することができます。生体高分子の特性は、それらを構成するモノマーの数、組成、および配列の順序に依存します。ポリマー構造内のモノマーの組成と配列を変更する可能性により、生物の種に関係なく、多種多様な生体高分子変異体が存在することが可能になります。すべての生物は、単一の計画に従って構築された生体高分子を持っています。

アメリカの科学者たちは、生きた細胞内の遺伝情報の現代の分子キャリアの祖先となる可能性のある分子、つまり核酸を何とか作成しました。この物質が4炭素の砂糖テトロースを含んでいるので、それはTNKと名付けられました。進化の過程で、私たちが知っているDNAとRNAはそこから来たと考えられています。

これまで、約40億年前に地球上で起こった出来事の再構築に携わった科学者は、単純であると同時に非常に答えることができません。重要な質問-デオキシリボ核酸、またはもっと簡単に言えば、DNAはどのように現れましたか？

実際、この分子がなければ、最初の生細胞（またはその前身）は、自己複製に必要なタンパク質の構造に関する情報を保存できませんでした。つまり、DNAがなければ、生命は宇宙と時間の両方で私たちの惑星全体に広がることはできませんでした。

多くの実験は、DNA自体が組み立てることができないことを示しています。どのような条件ですべての「スペアパーツ」を配置することはできません。この分子を作るためには、数十の酵素タンパク質の活性が必要です。もしそうなら、進化論者の推論の中ですぐに、鶏と卵の優位性の問題のような悪循環が起こります。DNA自体がない場合、酵素はどこから来るのでしょうか？結局のところ、それらの構造に関する情報は、この複雑な分子に記録されています。

確かに、最近、一部の分子生物学者はこの行き詰まりから抜け出す方法を提案しました。彼らは、以前の遺伝情報がDNA「姉妹」、リボ核酸、またはRNAに保存されていたと信じています。さて、この分子は特定の条件下で自己コピーすることができ、多くの実験でこれが確認されています（これについては「最初は...リボ核酸がありました」の記事で詳しく読むことができます）。

解決策が見つかったようです。最初はリボザイム（これは酵素活性を持つRNA分子の名前です）が自分自身をコピーし、途中で新しい有用なタンパク質に関する「取得した」情報を変更しました。しばらくすると、この情報が非常に蓄積されたため、RNAは1つの単純なことを「理解」しました。今では、それ自体を自己コピーするというかなり複雑な作業を行う必要はありません。そしてすぐに次の突然変異サイクルはRNAをより複雑なものに変えましたが、同時に安定したDNAは、もはやそのような「ナンセンス」には関与していませんでした。

しかし、核酸がどのように出現したかという質問に対する最終的な答えはまだ見つかりませんでした。それはまだ不明なままだったので、最初のRNAがそれ自体をコピーする能力を持ってどのように現れたかはまだ不明でした。結局のところ、実験で示されているように、それでさえ自己組織化することはできません-その分子もこれに対して非常に困難です。

一部の分子生物学者は、確かに、おそらく、それらの遠い時代に、DNAやRNAよりも単純に配置された別の核酸が存在する可能性があることを示唆しました。そして、最初は情報を保存する分子だったのは彼女でした。

しかし、現在、DNAとRNAを除いて、これらの酸のグループからの情報の他の「キーパー」がいないため、この仮定を検証することはかなり困難です。でも、現代の方法生化学では、そのような化合物を再現し、それが「生命の主要分子」の役割に適しているかどうかを実験的に確認することができます。

そして最近、アリゾナ大学（米国）の科学者たちは、DNAとRNAの共通の祖先はTNK、またはテトロソ核酸である可能性があることを示唆しました。窒素塩基（またはヌクレオチド）を一緒に保持するこの物質の「糖リン酸ブリッジ」は、5炭素原子の糖であるペントースを含まず、4炭素テトロースを含むという点でその子孫とは異なります。そして、このタイプの砂糖は、DNAとRNAの5つの炭素環よりもはるかに単純です。そして、最も重要なことは、それらは2つの同一の2つの炭素片から自分自身を組み立てることができるということです。

アメリカの生化学者は、いくつかの短いテトロース分子を作成しようとしましたが、その過程で、大規模で複雑な酵素装置をまったく使用する必要がないことがわかりました。特定の条件下では、酸は「スペアパーツ」から飽和溶液に集められました。「たった2つの酵素の助けを借りて。

つまり、それは実際に生命の形成のごく初期に現れる可能性があります。そして、最初の生物はRNAとDNAを合成することができる酵素装置を獲得することができませんでしたが、遺伝情報の管理者であったのはTNKでした。

しかし、原則として、この分子はそのような重要な役割を果たした可能性がありますか？現在、TNCから情報を読み取ることができるタンパク質がないため、これを直接検証することはできません。しかし、アリゾナの分子生物学者は別のルートを取ることにしました。彼らは興味深い実験を行いました-彼らはDNAとTNCの鎖を互いに接続しようとしました。結果はハイブリッド分子でした-DNA鎖の真ん中に70ヌクレオチド長のTNCの断片がありました。興味深いことに、この分子は複製、つまり自己複製が可能でした。そして、この特性はあらゆる分子情報担体にとって不可欠です。

さらに、科学者たちは、TNK分子がタンパク質とうまく結合し、したがって酵素特性を獲得する可能性があることを示しました。研究者らは、トロンビンタンパク質に特異的に結合する構造がTNCから得られることを実証する一連の実験を行いました。TNK鎖はDNA鎖上に形成されましたが、DNAが残った後、その構造的特徴を失うことなく継続しました。タンパク質を特異的に保持します。

TNCフラグメントの長さは70ヌクレオチドで、酵素タンパク質のユニークな「サイト」を作成するのに十分です。つまり、TNCからは、リボザイムのようなものも判明した可能性があります（タンパク質に関連するRNAで構成されていることを忘れないでください）。

したがって、実験により、TNKがDNAおよびRNAの祖先である可能性が高いことが示されています。後者は、テトロースのペントースへの置換をもたらした一連の突然変異の結果として、いくらか早く形成された可能性があります。そして、自然淘汰の助けを借りて、リボ核酸はそのテトロースの前身よりも安定していて安定していることがわかりました（テトロースは実際に多くの化学的影響に対して非常に不安定です）。したがって、子孫は、分子情報キャリアのニッチから彼の祖先を競争的に押し出しました。

疑問が生じます-TNCは、その組成にテトロースよりも単純な砂糖を含む祖先も持つことができますか？ほとんどの場合そうではなく、その理由は次のとおりです。糖が環状構造を形成できるのは4つの炭素原子からのみであり、3つの炭素の炭水化物はこれを行うことができません。さて、これがなければ、核酸は形成されません-環状糖分子だけが与えられた物質の他のすべての成分を保持することができます。つまり、TNKが本当に最初だったようです。

作品の作者は、「すべてが正確にそうであった」とはまったく主張していないことに注意する必要があります。厳密に言えば、彼らはTNK（ちなみに、現代世界自然環境では発生しません）。この発見の価値は、遺伝情報の分子キャリアの進化の可能性のある経路の1つが示されたという事実にあります。さて、そして最後に、どちらが最初に現れたかについての古い論争-核酸またはタンパク質...