Kāpēc olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas par biopolimēriem uzskata tikai šūnā? Kādi pārtikas produkti ir bagāti ar taukiem

Paskaties uz sakni!
Kozma Prutkova

Kādi ķīmiskie elementi ir iekļauti dzīvā šūnā? Kāda loma ir cukuriem un lipīdiem? Kā olbaltumvielas ir sakārtotas un kā to molekulas iegūst noteiktu telpisko formu? Kas ir fermenti un kā viņi atpazīst savus substrātus? Kāda ir RNS un DNS molekulu struktūra? Kādas DNS molekulas iezīmes ļauj tai spēlēt ģenētiskās informācijas nesēju?

Nodarbība-lekcija

DZĪVES MĀJAS UN MOLEKULAIS SASTĀVS... Iepazīšanos ar dzīvajām sistēmām mēs sākam no molekulārā ģenētiskā līmeņa. Tas ir molekulu līmenis, kas veido dzīvo organismu šūnu strukturālo un funkcionālo pamatu.

Retrovīruss. Vīrusi demonstrē pārsteidzošas ģeometriskas formas!

Atgādināsim, ka no visiem zināmajiem elementiem, kas iekļauti DI Mendeļejeva periodiskajā tabulā, dzīvā šūnā tika atrasti apmēram 80. Tajā pašā laikā starp tiem nav neviena, kura nebūtu nedzīvā dabā. Tas kalpo kā viens no dzīvās un nedzīvās dabas kopīguma pierādījumiem.

Vairāk nekā 90% no šūnu masas ir ogleklis, ūdeņradis, slāpeklis un skābeklis. Sērs, fosfors, kālijs, nātrijs, kalcijs, magnijs, dzelzs un hlors šūnā ir daudz mazākos daudzumos. Visi pārējie elementi (cinks, varš, jods, fluors, kobalts, mangāns utt.) Kopā veido ne vairāk kā 0,02% no šūnu masas. Tādēļ tos sauc par mikroelementiem. Mikroelementi ir daļa no hormoniem, fermentiem un vitamīniem, t.i., savienojumi ar augstu bioloģisko aktivitāti.

Piemēram, joda trūkums organismā, kas nepieciešams vairogdziedzera hormona - tiroksīna ražošanai, noved pie šī hormona ražošanas samazināšanās un līdz ar to arī nopietnu slimību, tostarp kretinisma, attīstībai.

Lielākā daļa šūnas satura ir ūdens. Daudzas vielas iekļūst šūnā vai tiek izvadītas no tās ūdens šķīdumu veidā, un lielākā daļa intracelulāro reakciju notiek ūdens vidē. Turklāt ūdens ir tieši iesaistīts vairākās ķīmiskās reakcijās, iegūstot savienojumus ar H + vai OH - joniem. Pateicoties lielajai siltuma jaudai, ūdens stabilizē temperatūru šūnas iekšienē, padarot to mazāk atkarīgu no temperatūras svārstībām šūnu apkaimē.

Papildus ūdenim, kas veido 70% no šūnas tilpuma, tajā ir organiskas vielas - oglekļa savienojumi. Starp tiem ir mazas molekulas, kas satur līdz 30 oglekļa atomiem, un makromolekulas. Pirmie ietver vienkāršus cukurus (monosaharīdus), lipīdus, aminoskābes un nukleotīdus. Tie kalpo kā makromolekulu uzbūves strukturālie komponenti, turklāt tiem ir būtiska loma dzīvās šūnas vielmaiņas un enerģijas procesos.

Un tomēr dzīves pamats molekulārā līmenī ir olbaltumvielas un nukleīnskābes, par kurām mēs runāsim sīkāk.

Aminoskābes un proteīni... Olbaltumvielām savvaļas dzīvniekiem ir īpaša loma. Tie kalpo kā šūnas celtniecības materiāls, un praktiski neviens no šūnās notiekošajiem procesiem nav pabeigts bez viņu līdzdalības.

Olbaltumvielu molekula ir aminoskābju ķēde, un saišu skaits šādā ķēdē var svārstīties no desmit līdz vairākiem tūkstošiem. Kaimiņos esošās aminoskābes ir savstarpēji saistītas ar īpaša veida ķīmisko saiti, ko sauc peptīds... Šī saite veidojas olbaltumvielu sintēzes procesā, kad vienas aminoskābes karboksilgrupa saistās ar citas aminoskābes blakus esošo aminogrupu (32. attēls).

Att. 32. Peptīdu saite

Visi 20 aminoskābju veidi ir iesaistīti olbaltumvielu veidošanā. Tomēr to maiņas secība olbaltumvielu ķēdē ir ļoti atšķirīga, kas rada iespēju milzīgam skaitam kombināciju un līdz ar to daudzu veidu olbaltumvielu molekulu konstruēšanai. Jāatzīmē, ka tikai augi spēj sintezēt visas 20 aminoskābes, kas nepieciešamas olbaltumvielu veidošanai. Savukārt dzīvnieki, barojoties ar augiem, saņem vairākas aminoskābes, kuras sauc par būtiskām.

Aminoskābju secība olbaltumvielu molekulā tiek apzīmēta kā primārā struktūra vāvere (33. att.). Atšķirt un sekundārā struktūra olbaltumviela, ko saprot kā aminoskābju ķēdes atsevišķu fragmentu telpiskā izvietojuma raksturu. Sekundārajā struktūrā olbaltumvielu molekulas sekcijas ir spirāles vai salocītu slāņu formā. Svarīga loma to veidošanā ir ūdeņraža saitēm, kas izveidojas starp skābekli un dažādu aminoskābju peptīdu saišu (-N-H ... 0 = C-) ūdeņradi.

Att. 33. Olbaltumvielu struktūra

Zem terciārā struktūra proteīns attiecas uz visas aminoskābju ķēdes telpisko izvietojumu.

Terciārā struktūra ir tieši saistīta ar olbaltumvielu molekulas formu, kas var būt pavedienveida vai apaļa. Pēdējā gadījumā molekula salocās tā, ka tās hidrofobie reģioni atrodas iekšpusē, un polārās hidrofilās grupas atrodas uz virsmas. Iegūto telpisko struktūru sauc lodīte.

Visbeidzot, dažās olbaltumvielās var būt vairākas globulas, no kurām katra veido neatkarīgu aminoskābju ķēdi. Vairāku globulu kombināciju vienā kompleksā apzīmē ar terminu kvartāra struktūra vāvere. Piemēram, hemoglobīna olbaltumvielu molekula sastāv no četrām globulām, kas satur daļu no olbaltumvielām - hēmu.

Olbaltumvielu molekula spēj pašorganizēties sarežģītā telpiskā struktūrā, kuras konfigurācija ir specifiska un ko nosaka aminoskābju secība, t.i., olbaltumvielu primārā struktūra.

Pašorganizēšanās ir viena no olbaltumvielu unikālajām īpašībām, kas ir pamatā daudzām to veiktajām funkcijām. Jo īpaši pašu fermentu (bioloģisko katalizatoru) atpazīšanas mehānisms ir balstīts uz olbaltumvielu molekulas telpiskās struktūras specifiku. substrāts, t.i., molekula, kas pēc mijiedarbības ar fermentu iziet noteiktas ķīmiskas transformācijas un pārvēršas produktu.

Fermenti ir olbaltumvielas, kuru noteikta molekulas daļa veido aktīvo centru. Tas saista substrātu, kas raksturīgs konkrētam fermentam, un pārveido to par produktu. Šajā gadījumā ferments spēj atšķirt savu substrātu, pateicoties aktīvā centra īpašajai telpiskajai konfigurācijai, kas raksturīga katram fermentam. Jūs varat iedomāties, ka substrāts der fermentam kā atslēga slēdzenei.

Jūs esat redzējis, ka visas olbaltumvielu īpašības ir balstītas uz tā primāro struktūru - aminoskābju secību molekulā. To var salīdzināt ar vārdu, kas rakstīts alfabētā ar 20 aminoskābju burtiem. Un, ja ir vārdi, tad var būt šifrs, ar kuru šos vārdus var kodēt. Kā? Iepazīšanās ar nukleīnskābju struktūru palīdzēs atbildēt uz šo jautājumu.

NUKLEOTĪDI UN NUKLESKĀBES... Nukleotīdi sastāv no slāpekli saturoša cikliska savienojuma (slāpekļa bāze), piecu oglekļa cukura un fosforskābes atlikuma. No tiem tiek veidotas nukleīnskābes makromolekulas.

Molekulu sastāvs RNS(ribonukleīnskābe) ietver nukleotīdus, kas veidoti, pamatojoties uz ribozes cukuru, un satur slāpekļa bāzes adenīnu (A), guanīnu (G), citozīnu (C) un uracilu (U). Nukleotīdi, kas veido molekulu DNS(dezoksiribonukleīnskābe), satur dezoksiribozi un uracila vietā - timīnu (T).

Nukleotīdu saķere vienam ar otru DNS (RNS) molekulā notiek, pateicoties viena nukleotīda fosfora atlikuma savienojumam ar otra dezoksiribozu (ribozi) (34. att.).

Att. 34. Ķēdes sastāvs un DNS molekulas struktūra

Pētot DNS molekulu sastāvu, tika konstatēts, ka katrā no tām adenīna slāpekļa bāzu (A) skaits ir vienāds ar timīna (T) skaitu un guanīna (G) skaits ir vienāds līdz citozīna skaitam (C). Šis atklājums kalpoja par priekšnoteikumu J. Vatsona un F. Krika izveidošanai 1953. gadā, DNS molekulas - slavenās dubultās spirāles - modelim.

Saskaņā ar šo modeli, DNS molekula sastāv no divām ķēdēm, kuras satītas labās puses spirāles veidā (35. attēls).

Att. 35. DNS struktūras modelis

Katra virkne satur nukleotīdu secību, kas stingri atbilst (papildina) otras virknes secību. Šī atbilstība tiek panākta ar ūdeņraža saišu klātbūtni starp divu savstarpēji vērstu ķēžu slāpekļa bāzēm - A un T vai G un Ts.

Savienojums starp citiem slāpekļa bāzu pāriem ir neiespējams, jo slāpekļa bāzu molekulu telpiskā struktūra ir tāda, ka tikai A un T, kā arī G un C var pietiekami tuvoties viens otram, lai izveidotu ūdeņraža saites.

Vissvarīgākā DNS iezīme ir tā dubultošanās iespēja - replikācija, kas tiek veikts, piedaloties fermentu grupai (36. att.).

Att. 36. DNS replikācijas shēma

Noteiktos apgabalos, ieskaitot vienu no galiem, divkāršu spirālveida DNS molekula pārtrauc ūdeņraža saites starp ķēdēm. Viņi atdalās un atpūšas.

Šis process pamazām pārņem visu molekulu. Kad vecāku molekulas ķēdes atšķiras no tām, tāpat kā uz veidnes, meitas ķēdes tiek veidotas no vidē pieejamiem nukleotīdiem. Jaunas ķēdes salikšana notiek stingri saskaņā ar komplementaritātes principu: pret katru A stāv T, pret G - C utt. Rezultātā tiek iegūtas divas jaunas DNS molekulas, kurām katrai no sākotnējās ir palikusi viena ķēde. DNS molekula, bet otrā - jauna ... Šajā gadījumā divas replikācijas laikā izveidojušās DNS molekulas ir identiskas sākotnējai.

DNS molekulas spēja paškopēt ir pamats iedzimtas informācijas nodošanai dzīviem organismiem. Nukleotīdu bāzu secība DNS molekulā ir tieši šifrs, kas kodē informāciju par ķermeņa funkcionēšanai nepieciešamajiem proteīniem.

Atšķirībā no DNS RNS molekula sastāv no vienas polinukleotīdu ķēdes. Ir vairāki RNS veidi, kas šūnā veic dažādas funkcijas. DNS ķēdes daļas RNS kopiju sauc par informatīvo vai kurjera RNS(mRNS) un spēlē starpnieka lomu ģenētiskās informācijas pārnešanā no DNS uz šūnu struktūrām, kas sintezē olbaltumvielas - ribosomas. Turklāt būrī ir ribosomu RNS(rRNS), kas kopā ar olbaltumvielām veido ribosomas, transporta RNS(tRNS), transportējot aminoskābes uz olbaltumvielu sintēzes vietu, un daži citi.

DNS molekula sastāv no divām saritinātām nukleotīdu komplementārām ķēdēm, kuras satur kopā ūdeņraža saites, kas veido AT un G-C bāzes pārus. DNS ķēdes nukleotīdu secība kalpo kā šifrs, kas kodē ģenētisko informāciju. Šīs informācijas dekodēšana tiek veikta, piedaloties RNS molekulām. DNS spēja paškopēt (atkārtot) nodrošina iespēju nodot ģenētisko informāciju dzīvajā dabā.

• Kāpēc olbaltumvielas sauc par dzīves molekulām?
• Kāda ir olbaltumvielu telpisko struktūru loma šūnu dzīves procesos?
• Kāds ir DNS replikācijas procesu princips?

Pašreizējā lappuse: 2 (kopā grāmatai ir 16 lappuses) [pieejama lasāmvieta: 11 lappuses]

Bioloģija- dzīves zinātne ir viena no vecākajām zinātnēm. Cilvēks ir uzkrājis zināšanas par dzīvajiem organismiem tūkstošiem gadu. Uzkrājot zināšanas, bioloģija tika diferencēta neatkarīgās zinātnēs (botānika, zooloģija, mikrobioloģija, ģenētika utt.). Arvien vairāk pieaug to robežu disciplīnu nozīme, kas savieno bioloģiju ar citām zinātnēm - fiziku, ķīmiju, matemātiku un citām. Integrācijas rezultātā ir radusies biofizika, bioķīmija, kosmosa bioloģija un citas.

Pašlaik bioloģija ir sarežģīta zinātne, kas veidojas dažādu disciplīnu diferenciācijas un integrācijas rezultātā.

Bioloģijā tiek izmantotas dažādas pētījumu metodes: novērošana, eksperiments, salīdzinājums utt.

Bioloģija pēta dzīvos organismus. Tās ir atvērtas bioloģiskas sistēmas, kas enerģiju un barības vielas saņem no vides. Dzīvie organismi reaģē uz ārējām ietekmēm, satur visu attīstībai un reprodukcijai nepieciešamo informāciju un ir pielāgoti noteiktam biotopam.

Visām dzīvajām sistēmām, neatkarīgi no organizācijas līmeņa, ir kopīgas iezīmes, un pašas sistēmas ir nepārtrauktā mijiedarbībā. Zinātnieki izšķir šādus dzīvās dabas organizācijas līmeņus: molekulāro, šūnu, organisko, specifisko populāciju, ekosistēmu un biosfēru.

1. nodaļa. Molekulārais līmenis

Molekulāro līmeni var saukt par sākotnējo, dziļāko dzīvo lietu organizēšanas līmeni. Katru dzīvo organismu veido organisko vielu molekulas - olbaltumvielas, nukleīnskābes, ogļhidrāti, tauki (lipīdi), ko sauc par bioloģiskām molekulām. Biologi pēta šo būtisko bioloģisko savienojumu nozīmi organismu augšanā un attīstībā, iedzimtas informācijas glabāšanā un pārraidē, metabolismā un enerģijas pārveidošanā dzīvās šūnās un citos procesos.

Šajā nodaļā jūs uzzināsiet

Kas ir biopolimēri;

Kāda ir biomolekulu struktūra;

Kādas ir biomolekulu funkcijas;

Kas ir vīrusi un kāda ir to īpatnība.

4.§. Molekulārais līmenis: vispārīgās īpašības

1. Kas ir ķīmiskais elements?

2. Ko sauc par atomu un molekulu?

3. Kādas organiskās vielas jūs zināt?

Jebkura dzīvā sistēma neatkarīgi no tā, cik sarežģīta tā ir organizēta, izpaužas bioloģisko makromolekulu funkcionēšanas līmenī.

Pētot dzīvos organismus, jūs uzzinājāt, ka tos veido tie paši ķīmiskie elementi kā nedzīvos. Pašlaik ir zināmi vairāk nekā 100 elementi, lielākā daļa no tiem ir dzīvajos organismos. Dzīvajā dabā visbiežāk sastopamais elements ir ogleklis, skābeklis, ūdeņradis un slāpeklis. Tieši šie elementi veido molekulas (savienojumus) t.s. organiskās vielas.

Visu organisko savienojumu pamatā ir ogleklis. Tas var saistīties ar daudziem atomiem un to grupām, veidojot dažādu ķīmiska sastāva, struktūras, garuma un formas ķēdes. No atomu grupām tiek veidotas molekulas, no pēdējām - sarežģītākas molekulas, kas atšķiras pēc struktūras un funkcijām. Šie organiskie savienojumi, kas veido dzīvo organismu šūnas, tiek saukti bioloģiskie polimēri vai biopolimēri.

Polimērs(no grieķu valodas. polys- ķēde, kas sastāv no daudzām saitēm - monomēri, no kuriem katrs ir samērā vienkāršs. Polimēra molekula var sastāvēt no daudziem tūkstošiem savstarpēji savienotu monomēru, kas var būt vienādi vai atšķirīgi (4. attēls).

Att. 4. Monomēru un polimēru struktūras shēma

Biopolimēru īpašības ir atkarīgas no to molekulu struktūras: no polimēru veidojošo monomēru vienību skaita un daudzveidības. Visi tie ir universāli, jo tie ir veidoti saskaņā ar vienu un to pašu plānu visiem dzīvajiem organismiem neatkarīgi no sugas.

Katram biopolimēra veidam ir īpaša struktūra un funkcija. Tātad, molekulas olbaltumvielas ir galvenie šūnu strukturālie elementi un regulē tajos notiekošos procesus. Nukleīnskābes piedalīties ģenētiskās (iedzimtas) informācijas pārnešanā no šūnas uz šūnu, no organisma uz organismu. Ogļhidrāti un tauki ir vissvarīgākie enerģijas avoti, kas nepieciešami organismu dzīvībai.

Visu veidu enerģija šūnā tiek pārveidota un metabolizēta molekulārā līmenī. Šo procesu mehānismi ir universāli arī visiem dzīvajiem organismiem.

Tajā pašā laikā izrādījās, ka dažādu biopolimēru, kas veido visus organismus, īpašības ir saistītas tikai ar dažu veidu monomēru dažādām kombinācijām, kas veido daudzus garu polimēru ķēžu variantus. Šis princips ir mūsu planētas dzīves daudzveidības pamatā.

Biopolimēru īpašās īpašības izpaužas tikai dzīvā šūnā. Izolēti no šūnām, biopolimēru molekulas zaudē savu bioloģisko būtību, un tās raksturo tikai to savienojumu klases fizikāli ķīmiskās īpašības, kurām tās pieder.

Tikai izpētot molekulāro līmeni, var saprast, kā norisinājās mūsu planētas dzīvības rašanās un evolūcijas procesi, kādas ir iedzimtības un vielmaiņas procesu molekulārās bāzes dzīvā organismā.

Nepārtrauktību starp molekulāro un nākamo šūnu līmeni nodrošina fakts, ka bioloģiskās molekulas ir materiāls, no kura veidojas supramolekulāras - šūnu - struktūras.

Organiskās vielas: olbaltumvielas, nukleīnskābes, ogļhidrāti, tauki (lipīdi). Biopolimēri. Monomēri

Jautājumi un atbildes

1. Kādus procesus zinātnieki pēta molekulārā līmenī?

2. Kādi elementi dominē dzīvo organismu sastāvā?

3. Kāpēc olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas par biopolimēriem uzskata tikai šūnā?

4. Ko nozīmē biopolimēru molekulu universālums?

5. Kā tiek sasniegta biopolimēru īpašību daudzveidība, kas ir dzīvo organismu sastāvdaļa?

Uzdevumi

Kādus bioloģiskos modeļus var formulēt, pamatojoties uz rindkopas teksta analīzi? Apspriediet tos ar klases biedriem.

5.§. Ogļhidrāti

1. Kādas vielas, kas saistītas ar ogļhidrātiem, jūs zināt?

2. Kāda loma ogļhidrātiem ir dzīvā organismā?

3. Kāda procesa rezultātā zaļo augu šūnās veidojas ogļhidrāti?

Ogļhidrāti vai saharīdi, Ir viena no galvenajām organisko savienojumu grupām. Tie ir visu dzīvo organismu šūnu daļa.

Ogļhidrātus veido ogleklis, ūdeņradis un skābeklis. Viņi ieguva nosaukumu "ogļhidrāti", jo lielākajai daļai no tiem molekulā ir tāda pati ūdeņraža un skābekļa attiecība kā ūdens molekulā. Ogļhidrātu vispārējā formula ir C n (H 2 0) m.

Visi ogļhidrāti ir sadalīti vienkāršos vai monosaharīdi, un sarežģīts, vai polisaharīdi(5. attēls). No monosaharīdiem vissvarīgākie ir dzīvie organismi riboze, dezoksiriboze, glikoze, fruktoze, galaktoze.

Att. 5. Vienkāršo un komplekso ogļhidrātu molekulu struktūra

Di- un polisaharīdi veidojas, apvienojot divas vai vairākas monosaharīdu molekulas. Tātad, saharoze(niedru cukurs), maltoze(iesala cukurs), laktoze(piena cukurs) - disaharīdi ko veido divu monosaharīdu molekulu saplūšana. Disaharīdi pēc īpašībām ir līdzīgi monosaharīdiem. Piemēram, abi ir ūdenī šķīstoši un ar saldu garšu.

Polisaharīdus veido liels skaits monosaharīdu. Tie ietver ciete, glikogēns, celuloze, hitīns un citi (6. attēls). Palielinoties monomēru daudzumam, polisaharīdu šķīdība samazinās un saldā garša pazūd.

Ogļhidrātu galvenā funkcija ir enerģisks... Ogļhidrātu molekulu sadalīšanās un oksidēšanās laikā tiek atbrīvota enerģija (sadaloties 1 g ogļhidrātu - 17,6 kJ), kas nodrošina ķermeņa vitālo aktivitāti. Ar ogļhidrātu pārpalikumu tie uzkrājas šūnā kā rezerves vielas (ciete, glikogēns) un, ja nepieciešams, ķermenis tos izmanto kā enerģijas avotu. Šūnās var novērot paaugstinātu ogļhidrātu sadalīšanos, piemēram, sēklu dīgšanas, intensīva muskuļu darba, ilgstošas ​​badošanās laikā.

Ogļhidrātus lieto arī kā celtniecības materiāls... Tādējādi celuloze ir svarīga daudzu vienšūnu organismu, sēņu un augu šūnu sienu strukturālā sastāvdaļa. Īpašās struktūras dēļ celuloze ūdenī nešķīst un tai ir augsta izturība. Vidēji 20–40% no augu šūnu sienas materiāla ir celuloze, un kokvilnas šķiedras ir gandrīz tīra celuloze, tieši tāpēc no tām tiek izgatavoti audi.

Att. 6. Polisaharīdu struktūras shēma

Chitīns ir daļa no vienšūņu un sēņu šūnu sienām; tas ir sastopams arī noteiktās dzīvnieku grupās, piemēram, posmkājos, kas ir svarīga viņu ārējā skeleta sastāvdaļa.

Ir zināmi arī kompleksi polisaharīdi, kas sastāv no divu veidu vienkāršajiem cukuriem, kuri regulāri mijas garās ķēdēs. Šādi polisaharīdi veic strukturālas funkcijas dzīvnieku atbalsta audos. Tie ir daļa no ādas, cīpslu, skrimšļu starpšūnu vielas, piešķirot tiem izturību un elastību.

Daži polisaharīdi ir daļa no šūnu membrānām un kalpo kā receptori, ļaujot šūnām atpazīt viens otru un mijiedarboties.

Ogļhidrāti vai saharīdi. Monosaharīdi. Disaharīdi. Polisaharīdi. Riboze. Dezoksiriboze. Glikoze. Fruktoze. Galaktoze. Saharoze. Maltoze. Laktoze. Ciete. Glikogēns. Kitīns

Jautājumi un atbildes

1. Kāds ir ogļhidrātu molekulu sastāvs un struktūra?

2. Kādus ogļhidrātus sauc par mono-, di- un polisaharīdiem?

3. Kādas funkcijas ogļhidrāti veic dzīvos organismos?

Uzdevumi

Analizējiet 6. attēlu "Polisaharīdu struktūras shēma" un rindkopas tekstu. Kādus pieņēmumus jūs varat izdarīt, pamatojoties uz molekulu strukturālo īpašību un cietes, glikogēna un celulozes dzīvo organismā veikto funkciju salīdzinājumu? Apspriediet šo jautājumu ar klasesbiedriem.

6.§ Lipīdi

1. Kādas taukainas vielas jūs zināt?

2. Kādi pārtikas produkti ir bagāti ar taukiem?

3. Kāda ir tauku loma organismā?

Lipīdi(no grieķu valodas. lipos- tauki) - plaša taukiem līdzīgu vielu grupa, kas nešķīst ūdenī. Lielāko daļu lipīdu veido augstas molekulmasas taukskābes un trīsūdens spirta glicerīns (7. attēls).

Lipīdi bez izņēmuma atrodas visās šūnās, veicot īpašas bioloģiskas funkcijas.

Tauki- vienkāršākajiem un visizplatītākajiem lipīdiem - ir svarīga loma kā enerģijas avots... Kad tie oksidējas, tie nodrošina vairāk nekā divas reizes vairāk enerģijas nekā ogļhidrāti (38,9 kJ 1 g tauku sadalīšanai).

Att. 7. Triglicerīdu molekulas struktūra

Tauki ir galvenā forma lipīdu uzglabāšana būrī. Mugurkaulniekiem apmēram puse enerģijas, ko šūnas patērē miera stāvoklī, rodas tauku oksidēšanās rezultātā. Taukus var izmantot arī kā ūdens avotu (1 g tauku oksidēšanās rada vairāk nekā 1 g ūdens). Tas ir īpaši vērtīgi Arktikas un tuksneša dzīvniekiem, kuri dzīvo apstākļos, kad trūkst brīva ūdens.

Pateicoties zemajai siltuma vadītspējai, lipīdi darbojas aizsargfunkcijas, tas ir, tie kalpo organismu siltumizolācijai. Piemēram, daudziem mugurkaulniekiem zemādas tauku slānis ir labi izteikts, kas ļauj viņiem dzīvot aukstā klimatā, un vaļveidīgajiem tam ir arī cita loma - tas veicina peldspēju.

Lipīdi veic un ēkas funkcija, jo nešķīstība ūdenī padara tās par būtiskām šūnu membrānu sastāvdaļām.

Daudzi hormoni(piemēram, virsnieru garoza, dzimumorgāni) ir lipīdu atvasinājumi. Tāpēc lipīdi ir raksturīgi regulējošā funkcija.

Lipīdi. Tauki. Hormoni. Lipīdu funkcijas: enerģija, uzglabāšana, aizsargājoša, konstrukcijas, regulējoša

Jautājumi un atbildes

1. Kādas vielas ir lipīdi?

2. Kāda ir vairuma lipīdu struktūra?

3. Kādas funkcijas veic lipīdi?

4. Kādas šūnas un audi ir bagātākie ar lipīdiem?

Uzdevumi

Pēc rindkopas teksta analīzes paskaidrojiet, kāpēc daudziem dzīvniekiem pirms ziemas un anadromām zivīm pirms nārsta ir tendence uzkrāties vairāk tauku. Sniedziet tādu dzīvnieku un augu piemērus, kuros šī parādība ir visizteiktākā. Vai liekie tauki vienmēr ir noderīgi ķermenim? Apspriediet šo problēmu klasē.

7.§. Olbaltumvielu sastāvs un struktūra

1. Kāda ir olbaltumvielu loma organismā?

2. Kādi pārtikas produkti ir bagāti ar olbaltumvielām?

Starp organiskām vielām olbaltumvielas vai olbaltumvielas, Ir visplašākais, visdažādākais un vissvarīgākais biopolimērs. Tie veido 50–80% no sausās šūnas masas.

Olbaltumvielu molekulas ir lielas, tāpēc tās sauc makromolekulas... Papildus ogleklim, skābeklim, ūdeņradim un slāpeklim olbaltumvielas var ietvert arī sēru, fosforu un dzelzi. Olbaltumvielas savā starpā atšķiras pēc skaita (no simta līdz vairākiem tūkstošiem), monomēru sastāva un secības. Aminoskābes ir olbaltumvielu monomēri (8. attēls).

Nepārtraukta olbaltumvielu dažādība tiek veidota, mainot tikai 20 aminoskābju kombinācijas. Katrai aminoskābei ir savs nosaukums, īpaša struktūra un īpašības. Viņu vispārīgo formulu var attēlot šādi:

Aminoskābju molekula sastāv no divām daļām, kas ir identiskas visām aminoskābēm, no kurām viena ir aminogrupa (-NH2) ar bāziskām īpašībām, otra ir karboksilgrupa (-COOH) ar skābām īpašībām. Molekulas daļai, ko sauc par radikālu (R), ir atšķirīga dažādu aminoskābju struktūra. Bāzisko un skābo grupu aminoskābju klātbūtne vienā molekulā nosaka to augsto reaktivitāti. Caur šīm grupām olbaltumvielu veidošanās laikā aminoskābes tiek apvienotas. Šajā gadījumā parādās ūdens molekula, un izdalītie elektroni veidojas peptīdu saite... Tāpēc olbaltumvielas sauc polipeptīdi.

Att. 8. Aminoskābju struktūras piemēri - olbaltumvielu molekulu monomēri

Olbaltumvielu molekulām var būt dažādas telpiskās konfigurācijas - olbaltumvielu struktūra, un to struktūrā izšķir četrus strukturālās organizācijas līmeņus (9. attēls).

Aminoskābju secība polipeptīdu ķēdē ir primārā struktūra vāvere. Tas ir unikāls jebkuram proteīnam un nosaka tā formu, īpašības un funkcijas.

Lielākajai daļai olbaltumvielu ir spirāles forma, veidojoties ūdeņraža saitēm starp dažādu polipeptīdu ķēdes aminoskābju atlikumu CO un NH grupām. Ūdeņraža saites ir vājas, bet kopā tās nodrošina diezgan spēcīgu struktūru. Šī spirāle - sekundārā struktūra vāvere.

Terciārā struktūra- trīsdimensiju polipeptīdu ķēdes telpiskā "iesaiņošana". Rezultāts ir dīvaina, bet īpaša konfigurācija katram proteīnam - lodīte... Terciārās struktūras stiprumu nodrošina dažādas saites starp aminoskābju radikāļiem.

Att. 9. Olbaltumvielu molekulas uzbūves shēma: I, II, III, IV - primārā, sekundārā, terciārā, ceturtējā struktūra

Kvartāra struktūra nav raksturīgs visiem proteīniem. Tas rodas, kombinējot vairākus makromolekulas ar terciāro struktūru kompleksā kompleksā. Piemēram, cilvēka asiņu hemoglobīns ir četru olbaltumvielu makromolekulu komplekss (10. attēls).

Šī olbaltumvielu molekulu struktūras sarežģītība ir saistīta ar dažādām funkcijām, kas raksturīgas šiem biopolimēriem.

Tiek saukts olbaltumvielu dabiskās struktūras pārkāpums denaturēšana(11. attēls). Tas var notikt temperatūras, ķīmisko vielu, starojuma enerģijas un citu faktoru ietekmē. Ar vāju triecienu sadalās tikai kvartāra struktūra, ar spēcīgāku - terciārā struktūra un pēc tam sekundārā, un olbaltumviela paliek polipeptīdu ķēdes formā.

Att. 10. Hemoglobīna molekulas uzbūves shēma

Šis process ir daļēji atgriezenisks: ja primārā struktūra netiek iznīcināta, tad denaturētais proteīns spēj atjaunot tā struktūru. No tā izriet, ka visas olbaltumvielu makromolekulas strukturālās iezīmes nosaka tā primārā struktūra.

Turklāt vienkāršie proteīni sastāv tikai no aminoskābēm, ir arī sarežģīti proteīni, kas var ietvert ogļhidrātus ( glikoproteīni), tauki ( lipoproteīni), nukleīnskābes ( nukleoproteīni) utt.

Olbaltumvielu loma šūnas dzīvē ir milzīga. Mūsdienu bioloģija ir parādījusi, ka līdzību un atšķirības starp organismiem galu galā nosaka olbaltumvielu kopums. Jo tuvāk organismi ir sistemātiskā stāvoklī viens otram, jo ​​līdzīgāki ir viņu proteīni.

Att. 11. Olbaltumvielu denaturēšana

Olbaltumvielas vai olbaltumvielas. Vienkārši un sarežģīti proteīni. Aminoskābes. Polipeptīds. Olbaltumvielu primārā, sekundārā, terciārā un ceturtā struktūra

Jautājumi un atbildes

1. Kādas vielas sauc par olbaltumvielām vai olbaltumvielām?

2. Kāda ir proteīna primārā struktūra?

3. Kā veidojas sekundārā, terciārā un ceturtā proteīna struktūras?

4. Kas ir olbaltumvielu denaturācija?

5. Uz kāda pamata olbaltumvielas tiek sadalītas vienkāršās un sarežģītās?

Uzdevumi

Jūs zināt, ka vistas olu olbaltumvielas galvenokārt sastāv no olbaltumvielām. Padomājiet par to, kas izskaidro vārītas olas olbaltumvielu struktūras izmaiņas. Sniedziet citus piemērus, kurus jūs zināt, kur var mainīties olbaltumvielu struktūra.

8.§. Olbaltumvielu funkcijas

1. Kāda ir ogļhidrātu funkcija?

2. Kādas olbaltumvielu funkcijas jūs zināt?

Olbaltumvielas veic ārkārtīgi svarīgas un daudzveidīgas funkcijas. Tas ir iespējams lielā mērā pašu olbaltumvielu formu un sastāva dēļ.

Viena no svarīgākajām olbaltumvielu molekulu funkcijām ir būvniecība (plastmasas). Olbaltumvielas ir daļa no visām šūnu membrānām un šūnu organoīdiem. Olbaltumvielas galvenokārt sastāv no asinsvadu sieniņām, skrimšļiem, cīpslām, matiem un nagiem.

Liela nozīme ir katalītisks vai fermentatīvā, olbaltumvielu funkcija... Īpaši proteīni - fermenti spēj paātrināt bioķīmiskās reakcijas šūnā desmitiem un simtiem miljonu reižu. Ir zināmi apmēram tūkstotis enzīmu. Katru reakciju katalizē īpašs ferments. Vairāk par to uzzināsiet tālāk.

Motora funkcija veikt īpašas saraušanās olbaltumvielas. Pateicoties viņiem, cilijas un karodziņi pārvietojas vienšūņos, hromosomas pārvietojas šūnu dalīšanās laikā, muskuļi saraujas daudzšūnu organismos un tiek uzlaboti cita veida kustības dzīvajos organismos.

Svarīgi ir transporta funkcija olbaltumvielas. Tātad, hemoglobīns pārnes skābekli no plaušām uz citu audu un orgānu šūnām. Papildus hemoglobīnam muskuļos ir vēl viens gāzi transportējošs proteīns - mioglobīns. Seruma olbaltumvielas veicina lipīdu un taukskābju, dažādu bioloģiski aktīvu vielu, pārnesi. Transporta olbaltumvielas šūnu ārējā membrānā nes dažādas vielas no vides citoplazmā.

Veikt specifiskas olbaltumvielas aizsargfunkcija... Tie aizsargā ķermeni no svešu olbaltumvielu un mikroorganismu iebrukuma un no bojājumiem. Tādējādi limfocītu ražotās antivielas bloķē svešus proteīnus; fibrīns un trombīns aizsargā ķermeni no asins zuduma.

Regulatīvā funkcija raksturīgs olbaltumvielām - hormoni... Viņi uztur nemainīgu vielu koncentrāciju asinīs un šūnās, piedalās augšanā, reprodukcijā un citos vitāli svarīgos procesos. Piemēram, insulīns regulē cukura līmeni asinīs.

Olbaltumvielām arī ir signāla funkcija... Šūnu membrānā ir iebūvēti proteīni, kas var mainīt to terciāro struktūru, reaģējot uz vides faktoriem. Šādi tiek saņemti signāli no ārējās vides un informācija tiek pārnesta uz šūnu.

Olbaltumvielas var darīt enerģijas funkcija, būdams viens no enerģijas avotiem šūnā. Pilnīgi sadalot 1 g olbaltumvielu līdz gala produktiem, tiek atbrīvota 17,6 kJ enerģijas. Tomēr olbaltumvielas reti izmanto kā enerģijas avotu. Aminoskābes, kuras izdala olbaltumvielu molekulu sadalīšanās, tiek izmantotas jaunu olbaltumvielu veidošanai.

Olbaltumvielu funkcijas: ēka, motors, transports, aizsargājošais, regulējošais, signalizācijas, enerģētikas, katalītiskais. Hormons. Enzīms

Jautājumi un atbildes

1. Kas izskaidro olbaltumvielu funkciju dažādību?

2. Kādas olbaltumvielu funkcijas jūs zināt?

3. Kāda ir hormonu olbaltumvielu loma?

4. Kāda ir fermentu olbaltumvielu funkcija?

5. Kāpēc olbaltumvielas reti izmanto kā enerģijas avotu?

9.§. Nukleīnskābes

1. Kāda ir kodola loma šūnā?

2. Ar kādiem šūnas organoīdiem ir saistīta iedzimtu pazīmju pārnešana?

3. Kādas vielas sauc par skābēm?

Nukleīnskābes(no lat. kodols- kodols) vispirms tika atrasti leikocītu kodolos. Pēc tam tika konstatēts, ka nukleīnskābes ir visās šūnās, un ne tikai kodolā, bet arī citoplazmā un dažādos organellos.

Ir divu veidu nukleīnskābes - dezoksiribonukleīns(saīsināts DNS) un ribonukleiks(saīsināts RNS). Nosaukumu atšķirība ir saistīta ar faktu, ka DNS molekula satur ogļhidrātus dezoksiriboze un RNS molekula - riboze.

Nukleīnskābes - biopolimēri, kas sastāv no monomēriem - nukleotīdi... DNS un RNS monomēriem-nukleotīdiem ir līdzīga struktūra.

Katrs nukleotīds sastāv no trim komponentiem, kurus saista spēcīgas ķīmiskās saites. to slāpekļa bāze, ogļhidrāti(riboze vai dezoksiriboze) un fosforskābes atlikumi(12. attēls).

Daļa DNS molekulas ir iekļauti četri slāpekļa bāzu veidi: adenīns, guanīns, citozīns vai timīns... Viņi nosaka atbilstošo nukleotīdu nosaukumus: adenil (A), guanil (G), citidilu (C) un timidilu (T) (13. attēls).

Att. 12. Nukleotīdu struktūras shēma - DNS (A) un RNS (B) monomēri

Katra DNS virkne ir polinukleotīds, kas sastāv no vairākiem desmitiem tūkstošu nukleotīdu.

DNS molekulai ir sarežģīta struktūra. Tas sastāv no divām spirālveidīgi savītām ķēdēm, kuras visā garumā ir savienotas ar ūdeņraža saitēm. Šī struktūra, kas raksturīga tikai DNS molekulām, tiek saukta dubultā spirāle.

Att. 13. DNS nukleotīdi

Att. 14. Nukleotīdu papildu savienojums

Veidojot DNS dubulto spirāli, vienas ķēdes slāpekļa bāzes ir sakārtotas stingri noteiktā secībā pret otras slāpekļa bāzēm. Šajā gadījumā atklājas svarīga likumsakarība: pret vienas ķēdes adenīnu vienmēr atrodas otras ķēdes timīns, pret guanīnu - citozīnu, un otrādi. Tas ir tāpēc, ka adenīna un timīna nukleotīdu pāri, kā arī guanīns un citozīns stingri atbilst viens otram un ir komplementāri vai papildinošs(no lat. papildinājums- papildinājums), viens otram. Un pats modelis tiek saukts papildināmības princips... Šajā gadījumā starp adenīnu un timīnu vienmēr rodas divas ūdeņraža saites un starp guanīnu un citozīnu trīs ūdeņraža saites (14. attēls).

Līdz ar to jebkurā organismā adenil nukleotīdu skaits ir vienāds ar timidila nukleotīdu skaitu, un guanila nukleotīdu skaits ir vienāds ar citidila nukleotīdu skaitu. Zinot nukleotīdu secību vienā DNS virknē, saskaņā ar komplementaritātes principu ir iespējams noteikt otras virknes nukleotīdu secību.

Ar četru veidu nukleotīdu palīdzību DNS tiek reģistrēta visa informācija par ķermeni, kuru pārmanto nākamās paaudzes. Citiem vārdiem sakot, DNS ir iedzimtas informācijas nesējs.

DNS molekulas galvenokārt atrodas šūnu kodolos, bet nelielu daudzumu - mitohondrijos un plastīdos.

RNS molekula, atšķirībā no DNS molekulas, ir polimērs, kas sastāv no vienas daudz mazāku izmēru ķēdes.

RNS monomēri ir nukleotīdi, kas sastāv no ribozes, fosforskābes atlikuma un vienas no četrām slāpekļa bāzēm. Trīs slāpekļa bāzes - adenīns, guanīns un citozīns - ir tādas pašas kā DNS, un ceturtā ir uracils.

RNS polimērs veidojas, izmantojot kovalentās saites starp ribozi un blakus esošo nukleotīdu fosforskābes atlikumiem.

Ir trīs veidu RNS, kas atšķiras pēc struktūras, molekulu lieluma, atrašanās šūnā un veiktajām funkcijām.

Ribosomu RNS (rRNS) ir daļa no ribosomām un piedalās to aktīvo centru veidošanā, kur notiek olbaltumvielu biosintēzes process.

Transporta RNS (tRNS) - vismazākā izmēra - transportē aminoskābes uz olbaltumvielu sintēzes vietu.

Informācija vai kurjers, RNS (mRNS) tiek sintezēti vienas no DNS molekulas ķēdēm vietā un pārraida informāciju par olbaltumvielu struktūru no šūnas kodola uz ribosomām, kur šī informācija tiek realizēta.

Tādējādi dažāda veida RNS pārstāv vienu funkcionālu sistēmu, kuras mērķis ir iedzimtas informācijas ieviešana, izmantojot olbaltumvielu sintēzi.

RNS molekulas ir atrodamas šūnas kodolā, citoplazmā, ribosomās, mitohondrijos un plastīdos.

Nukleīnskābe. Dezoksiribonukleīnskābe vai DNS. Ribonukleīnskābe vai RNS. Slāpekļa bāzes: adenīns, guanīns, citozīns, timīns, uracils, nukleotīds. Dubultā spirāle. Papildināmība. Transporta RNS (tRNS). Ribosomālā RNS (rRNS). Messenger RNS (mRNS)

Jautājumi un atbildes

1. Kāda ir nukleotīda struktūra?

2. Kāda ir DNS molekulas struktūra?

3. Kāds ir papildināmības princips?

4. Kas ir kopīgs un kādas ir atšķirības DNS un RNS molekulu struktūrā?

5. Kāda veida RNS molekulas jūs zināt? Kādas ir viņu funkcijas?

Uzdevumi

1. Izveidojiet rindkopas kontūru.

2. Zinātnieki ir atklājuši, ka DNS ķēdes fragmentam ir šāds sastāvs: C-G G A A T T C Ts. Izmantojot komplementaritātes principu, pabeidziet otro virkni.

3. Pētījuma gaitā tika konstatēts, ka pētītajā DNS molekulā adenīni veido 26% no kopējā slāpekļa bāzu skaita. Saskaita citu slāpekļa bāzu skaitu šajā molekulā.

1. jautājums. Kādus procesus zinātnieki pēta molekulārā līmenī?
Molekulārā līmenī tiek pētīti vissvarīgākie organisma vitālie procesi: tā augšana un attīstība, vielmaiņa un enerģijas pārveidošana, iedzimtas informācijas uzglabāšana un nodošana, mainīgums. Elementārā vienība molekulārā līmenī ir gēns - nukleīnskābes molekulas fragments, kurā tiek ierakstīts kvalitatīvā un kvantitatīvā izteiksmē definēts bioloģiskās informācijas daudzums.

2. jautājums. Kādi elementi dominē dzīvo organismu sastāvā?
Dzīvā organismā ir vairāk nekā 70-80 ķīmisko elementu, tomēr dominē ogleklis, skābeklis, ūdeņradis, slāpeklis un fosfors.

3. jautājums. Kāpēc olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas par biopolimēriem uzskata tikai šūnā?
Olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas ir polimēri, jo tos veido atkārtoti monomēri. Bet tikai dzīvā sistēmā (šūnā, organismā) šīs vielas izpauž savu bioloģisko būtību, piemīt vairākas specifiskas īpašības un veic daudzas svarīgas funkcijas. Tāpēc dzīvās sistēmās šādas vielas sauc par biopolimēriem. Ārpus dzīvās sistēmas šīs vielas zaudē bioloģiskās īpašības un nav biopolimēri.

4. jautājums. Ko nozīmē biopolimēru molekulu universālums?
Neatkarīgi no šūnas veiktās sarežģītības pakāpes un funkcijām, visiem biopolimēriem ir šādas īpašības:
to molekulām ir maz garu zaru, bet daudz īsu;
polimēru ķēdes ir stipras un spontāni nesadalās;
spēj pārvadāt dažādas funkcionālās grupas un molekulāros fragmentus, kas nodrošina bioķīmisko funkcionālo aktivitāti, t.i., spēju veikt šūnai nepieciešamās bioķīmiskās reakcijas un transformācijas intracelulārajā šķīdumā;
ir pietiekama elastība, lai izveidotu ļoti sarežģītas telpiskas struktūras, kas nepieciešamas bioķīmisko funkciju veikšanai, tas ir, olbaltumvielu darbībai kā molekulārās mašīnas, nukleīnskābju kā programmēšanas molekulu utt.
biopolimēru C-H un C-C saites, neskatoties uz to stiprumu, vienlaikus ir elektroniskās enerģijas akumulatori.
Biopolimēru galvenā īpašība ir polimēru ķēžu linearitāte, jo no monomēriem ir viegli kodējamas un “samontētas” tikai lineāras struktūras. Turklāt, ja polimēra pavedienam ir elastība, tad no tā ir diezgan viegli izveidot vēlamo telpisko struktūru, un pēc tam, kad šādi uzbūvētā molekulārā mašīna ir amortizēta, salauzta, to ir viegli izjaukt tā sastāvā esošajos elementos. lai tos atkal izmantotu. Šīs īpašības tiek apvienotas tikai polimēros, kuru pamatā ir ogleklis. Visi dzīvās sistēmas biopolimēri spēj veikt noteiktas īpašības un veikt daudzas svarīgas funkcijas. Biopolimēru īpašības ir atkarīgas no to sastāvā esošo monomēru skaita, sastāva un izvietojuma kārtības. Iespēja mainīt monomēru sastāvu un secību polimēra struktūrā ļauj pastāvēt ļoti daudzveidīgiem biopolimēru variantiem neatkarīgi no organisma sugas. Visiem dzīvajiem organismiem ir biopolimēri, kas uzbūvēti pēc viena plāna.

Amerikāņu zinātniekiem izdevās izveidot molekulu, kas varētu būt sencis mūsdienu iedzimtas informācijas molekulārajiem nesējiem dzīvā šūnā - nukleīnskābēs. Tas tika nosaukts par TNK, jo šī viela satur četru oglekļa cukura tetrozi. Tiek pieņemts, ka evolūcijas procesā no tā ir radusies mums zināmā DNS un RNS.

Līdz šim zinātnieki, kas nodarbojās ar notikumu rekonstrukciju, kas notika uz Zemes apmēram pirms četriem miljardiem gadu, nevar atbildēt uz vienu vienkāršu un vienlaikus ļoti svarīgu jautājumu - kā parādījās dezoksiribonukleīnskābe jeb, vienkāršāk sakot, DNS?

Patiešām, bez šīs molekulas pirmās dzīvās šūnas (vai to priekšteči) nevarēja uzglabāt informāciju par olbaltumvielu struktūru, kas nepieciešama pašu reprodukcijai. Tas ir, bez DNS dzīve vienkārši nevarēja izplatīties pa mūsu planētu gan telpā, gan laikā.

Neskaitāmi eksperimenti ir parādījuši, ka pati DNS nespēj savākties, kādos apstākļos visas tās "rezerves daļas" neliek. Lai izveidotu šo molekulu, nepieciešama vairāku desmitu enzīmu olbaltumvielu aktivitāte. Un, ja tas tā ir, tad uzreiz evolucionistu pamatojumos rodas apburtais loks, piemēram, vistas un olas primātisma problēma: no kurienes varētu rasties fermenti, ja nav pašas DNS? Galu galā informācija par to struktūru tiek precīzi ierakstīta šajā sarežģītajā molekulā.

Tomēr nesen daži molekulārie biologi ir piedāvājuši izeju no šī strupceļa: viņi uzskata, ka iepriekš iedzimta informācija tika glabāta DNS "māsā", ribonukleīnskābē vai RNS. Nu, šī molekula noteiktos apstākļos spēj patstāvīgi kopēt, un daudzi eksperimenti to apstiprina (vairāk par to varat izlasīt rakstā "Sākumā bija ... ribonukleīnskābe").

Šķiet, ka tika atrasta izeja - sākumā ribozīmi (tā sauktās RNS molekulas ar fermentatīvo aktivitāti) kopēja paši un pa ceļam, mutējot, "iegūstot" informāciju par jauniem noderīgiem proteīniem. Pēc kāda laika šī informācija bija uzkrājusies tik daudz, ka RNS "saprata" vienu vienkāršu lietu - tagad vairs nav nepieciešams veikt diezgan sarežģīto pašu kopēšanas darbu. Un drīz nākamais mutāciju cikls RNS pārvērta par sarežģītāku, bet tajā pašā laikā stabilu DNS, kas vairs nebija iesaistīta šādās "nejēdzībās".

Tomēr tas pats, galīgā atbilde uz jautājumu par nukleīnskābju parādīšanos netika atrasta. Tā kā joprojām nebija skaidrs, kā parādījās pati pirmā RNS ar spēju kopēt sevi. Galu galā pat tas, kā liecina eksperimenti, nav spējīgs pašsavākties - arī tā molekula tam ir ļoti grūta.

Daži molekulārie biologi, tiesa, ieteica, ka, iespējams, šajos tālos laikos varētu pastāvēt cita nukleīnskābe, kas sakārtota vienkāršāk nekā DNS un RNS. Un tieši viņa sākumā bija molekula, kas glabā informāciju.

Tomēr ir diezgan grūti pārbaudīt šo pieņēmumu, jo pašlaik no šo skābju grupas nav citu informācijas "turētāju", izņemot DNS un RNS. Neskatoties uz to, mūsdienu bioķīmijas metodes ļauj atjaunot šādu savienojumu un pēc tam eksperimentāli pārbaudīt, vai tas ir piemērots "dzīves galvenās molekulas" lomai.

Un nesen Arizonas universitātes (ASV) zinātnieki ieteica, ka kopīgais DNS un RNS sencis varētu būt TNK vai tetrosonukleīnskābe. Tas atšķiras no pēcnācējiem ar to, ka šīs vielas "cukura-fosfāta tilts", kas satur kopā slāpekļa bāzes (vai nukleotīdus), nesatur pentozi, piecu oglekļa atomu cukuru, bet gan četru oglekļa tetrozi. Un šāda veida cukurs ir daudz vienkāršāks nekā DNS un RNS piecu oglekļa gredzeni. Un, pats galvenais, viņi var salikt paši - no diviem identiskiem divu oglekļa gabaliņiem.

Amerikāņu bioķīmiķi mēģināja izveidot vairākas īsas tetrozes molekulas un procesā noskaidroja, ka tam nemaz nav nepieciešams izmantot masīvu un sarežģītu fermentatīvo aparātu - noteiktos apstākļos skābe tika savākta piesātinātā šķīdumā no "rezerves daļām". ar tikai divu enzīmu palīdzību.

Tas ir, tas patiešām varētu parādīties pašā dzīves veidošanās sākumā. Un, lai gan pirmie dzīvie organismi nevarēja iegūt fermentu aparātu, kas spēj sintezēt RNS un DNS, iedzimtas informācijas glabātājs bija TNK.

Bet vai principā šai molekulai varēja būt tik izšķiroša loma? Tagad to nevar tieši pārbaudīt, jo nav olbaltumvielu, kas spētu nolasīt informāciju no TNC. Tomēr Arizonas molekulārie biologi nolēma izvēlēties citu ceļu. Viņi veica interesantu eksperimentu - viņi mēģināja savienot DNS un TNC virknes savā starpā. Rezultātā tika iegūta hibrīda molekula - DNS ķēdes vidū bija TNC 70 nukleotīdu garš fragments. Interesanti, ka šī molekula bija spējīga replikēties, tas ir, paškopēt. Un šī īpašība ir būtiska jebkuram molekulārās informācijas nesējam.

Turklāt zinātnieki ir pierādījuši, ka TNC molekula var labi apvienoties ar olbaltumvielām un attiecīgi iegūt fermentatīvas īpašības. Pētnieki veica virkni eksperimentu, kas parādīja, ka struktūru, kas īpaši saistās ar trombīna proteīnu, var iegūt no TNC: TNK ķēde tika izveidota uz DNS ķēdes, bet pēc DNS aiziešanas tā nezaudēja strukturālās iezīmes un turpināja lai īpaši saglabātu olbaltumvielu.

TNC fragmenta garums bija 70 nukleotīdi, kas ir pilnīgi pietiekami, lai izveidotu unikālas "nosēšanās vietas" enzīmu olbaltumvielām. Tas ir, kaut kas līdzīgs ribozimam varētu būt izrādījies arī no TNC (atcerieties, ka to veido RNS, kas saistītas ar olbaltumvielām).

Tātad, eksperimenti ir parādījuši, ka TNK varētu būt DNS un RNS priekštecis. Pēdējais, iespējams, ir izveidojies nedaudz agrāk tādu mutāciju virknes rezultātā, kuru rezultātā tetroze tika aizstāta ar pentozi. Un tad ar dabiskās atlases palīdzību izrādījās, ka ribonukleīnskābe ir stabilāka un stabilāka nekā tās tetrozes priekšgājēja (tetrozes patiešām ir ļoti nestabilas vairākām ķīmiskām ietekmēm). Un tādējādi pēctecis konkurētspējīgi izstūma savu senču no molekulārās informācijas nesēja nišas.

Rodas jautājums - vai TNC varētu būt arī kāds sencis, kura sastāvā būtu vienkāršāks cukurs nekā tetroze? Visticamāk, ka nē, un šeit ir iemesls. Tikai sākot no četriem oglekļa atomiem, cukuri var veidot cikliskas struktūras, trīs oglekļa ogļhidrāti to nespēj. Nu, bez tā nukleīnskābe neveidojas - tikai visas cikliskās cukura molekulas spēj noturēt visus pārējos šīs vielas komponentus. Tāpēc izskatās, ka TNK patiešām bija pirmais.

Jāatzīmē, ka darba autori nemaz neapgalvo, ka "viss bija tieši tā, kā bija". Stingri sakot, viņi tikai pierādīja ribonukleīnskābju senču formas, piemēram, TNK, esamības iespēju (kas, starp citu, dabiskajā vidē mūsdienu pasaulē nenotiek). Atklājuma vērtība slēpjas faktā, ka tika parādīts viens no iespējamiem iedzimtas informācijas molekulāro nesēju evolūcijas ceļiem. Nu un, visbeidzot, vispirms parādījās vecais strīds - nukleīnskābe vai olbaltumviela ...