>> АТФ и другие органические соединения клетки
АТФ и другие органические соединения клетки.
1. Какие органические вещества вы знаете?
2. Какие витамины вам извеетны? Какова их роль?
3. Какие виды энергии вам известны?
4. Почему для жизнедеятельности любого организма необходима энергия?
Аденозинтрифосфат (АТФ) - нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты (рис. 12), содержится в цитоплазме, митохондриях, пластидах и ядрах.
АТФ - неустойчивая структура. При отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ), если отделяется еще один остаток фосфорной кислоты (что бывает крайне редко), то АДФ переходит в аденозинмонофосфат (АМФ). При отделении каждого остатка фосфорной кислоты освобождается 40 кДж энергии.
АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + 40 кДж,
АДФ + Н2О →АМФ + Н3РО4 + 40 кДж.
Связь между остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом -)так как при ее разрыве выделяется почти в четыре раза больше энергии, чем при расщеплении других химических связей (рис. 13).
АТФ - универсальный источник энергии для всех реакций, протекающих в клетке.
Витамины (от лат. vita - жизнь) - сложные биоорганические соединения, необходимые в малых количествах для нормальной жизнедеятельности организмов . В отличие от других органических веществ витамины не используются в качестве источника энергии или строительного материала. Некоторые витамины организмы могут синтезировать сами (например, бактерии способны синтезировать практически все витамины ), другие витамины поступают в организм с пищей.
Витамины принято обозначать буквами латинского алфавита. В основу современной классификации витаминов положена их способность растворяться в воде и жирах. Различают жирорастворимые (А, Д, Е и К) и водорастворимые (В, С, РР и др.) витамины.
Витамины играют большую роль в обмене веществ и других процессах жизнедеятельности организма. Как недостаток, так и избыток витаминов может привести к серьезным нарушениям многих физиологических функций в организме.
Кроме перечисленных выше органических соединений (углеводы, липиды , белки , нуклеиновые кислоты , витамины) в любой клетке всегда есть много других органических веществ. Они являются промежуточными или конечными продуктами биосинтеза и распада.
Аденозинтрифосфат (АТФ). Аденозиндифосфат (АДФ). Аденозинмонофосфат (АМФ). Макроэргическая связь.
Витамины жирорастворимые и водорастворимые.
1. Какое строение имеет молекула АТФ?
2. Какую функцию выполняет АТФ?
3. Какие связи называются макроэргическими?
4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Каменский А. А., Криксунов Е. В., Пасечник В. В. Биология 9 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта
Жиров, полисахаридов и нуклеиновых кислот, насчитывается несколько тысяч других органических соединений. Их можно условно разделить на конечные и промежуточные продукты биосинтеза и распада.
Конечными продуктами биосинтеза называют органические соединения, которые играют самостоятельную роль в организме или служат мономерами для синтеза биополимеров. К числу конечных продуктов биосинтеза относятся аминокислоты, из которых в клетках синтезируются белки; нуклеотиды — мономеры, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК); глюкоза, которая служит мономером для синтеза гликогена, крахмала, целлюлозы.
Путь к синтезу каждого из конечных продуктов лежит через ряд промежуточных соединений. Многие вещества подвергаются в клетках ферментативному расщеплению, распаду.
Рассмотрим некоторые конечные органические соединения.
Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены еще два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). В химических связях между остатками фосфорной кислоты молекулы АТФ запасена энергия (Е), которая освобождается при отщеплении фосфата:
АТФ - АДФ+Ф+Е
В этой реакции образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и фосфорная кислота (фосфат, Ф).
Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, передачи нервных импульсов, свечений (например, у люминесцентных бактерий), т. е. для всех процессов жизнедеятельности.
АТФ — универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ.
Регуляторные и сигнальные вещества. Конечными продуктами биосинтеза являются вещества, играющие важную роль в регуляции физиологических процессов и развитии организма. К числу их относятся многие гормоны животных. Наряду с белковыми гормонами, о которых сказано в § 4, известны гормоны небелковой природы. Некоторые из них регулируют содержание ионов натрия и воды в организме животных, другие обеспечивают половое созревание и играют важную роль в воспроизведении животных. Гормоны тревоги или стресса (например, адреналин) в условиях напряжения усиливают выход глюкозы в кровь, что в конечном счете приводит к увеличению синтеза АТФ и активному использованию энергии, запасенной организмом.
Насекомые производят ряд особых пахучих веществ, которые играют роль сигналов, сообщающих о нахождении пищи, об опасности, привлекающих самок к самцам (и наоборот).
У растений имеются свои гормоны. Под действием некоторых гормонов значительно ускоряется созревание растений, увеличивается их урожайность.
Растения производят сотни разнообразных летучих и нелетучих соединений, которые привлекают насекомых, переносящих пыльцу; отпугивают или отравляют насекомых, питающихся растениями; подавляют иногда развитие растений других видов, растущих рядом и конкурирующих за минеральные вещества в почве.
Витамины. К конечным продуктам биосинтеза принадлежат витамины. К ним относят жизненно важные соединения, которые организмы данного вида не способны синтезировать сами, а должны получать в готовом виде извне. Например, витамин С (аскорбиновая кислота) синтезируется в клетках большинства животных, а также в клетках растений и микроорганизмов. Клетки человека, человекообразных обезьян, морских свинок, некоторых видов летучих мышей утратили способность синтезировать аскорбиновую кислоту. Поэтому она является витамином только для человека и перечисленных животных. Витамин РР (никотиновую кислоту) животные не способны синтезировать, но его синтезируют все растения и многие бактерии.
Большинство известных витаминов в клетке становятся составными частями ферментов и участвуют в биохимических реакциях.
Суточная потребность человека в каждом витамине составляет несколько микрограммов. Только витамин С нужен в количестве около 100 мг в сутки.
Недостаток ряда витаминов в организме человека и животных ведет к нарушению работы ферментов и является причиной тяжелых заболеваний — авитаминозов. Например, недостаток витамина С является причиной тяжелого заболевания — цинги, при недостатке витамина D развивается рахит у детей.
«Органическая шерсть» - Комплект для новорожденного. Содержите малыша в комфортном тепле и не сковывает движения. Энергетика шерсти похожа на энергетику мамы. Поглощает влагу. Рост 86, 1-2 года Вкладыши для груди. Одежда Organic & Natural ™ Baby из органической шерсти: Нежная и мягкая. Нежная шерсть и наружный шов не раздражает кожу малыша.
«Уроки по органической химии» - Качественная и количественная Фактическая. Термин «органические вещества» введен в науку Й.Я.Берцелиусом в 1807 году. Phosphorus. М.Бертло синтезирует жиры (1854 г.). Классификация органических веществ. А.М.Бутлеров синтезирует сахаристое вещество (1861 г.). Вопросы. А.Кольбе синтезирует уксусную кислоту (1845 г.).
«Эволюция органического мира» - Копчик человека. Гоацин - современная птица, некоторыми признаками сходная с археоптериксом. Интернет источники. Эволюция. Ехидна. Казуар – австралийский страус. Утконос. Изучив материал темы «Доказательства эволюции органического мира» Вы должны уметь: Доказательства эволюции органического мира. Одиннадцатилетний Прутвирай Патил из деревни Сангливади в индийском штате Махараштра.
«Органические вещества клетки» - Спасибо за внимание. Каковы функции углеводов и липидов? Органические вещества, входящие в состав клетки. Вывод. Липиды. Перечислите функции белков. Закрепление. Сделать вывод. Повторить домашнее задание Изучить новую тему. Углеводы состоят из атомов углерода и молекул воды. Какие органические вещества входят в состав клеток?
«Шиповые соединения» - Для упрочнения соединений применяют нагели. Косую стамеску для чистового точения затачивают с двух сторон. Рабочая часть долота имеет форму клина с углом 35 . В зависимости от вида клея изделие выдерживают в сжатом состоянии до 24 ч. Долото предназначено для долбления гнезд и проушин. Характерным элементом фасонных деталей являются галтели.
«Биологически активные соединения» - Мировое производство важнейших жиров и масел. Латанопрост (Ксалатан) – антиглаукомное средство (на основе синтетического простагландина группы F2a). Каскад арахидоновой к-ты. Простые липиды – воски. Первичная классификация липидов биологических мембран. Биологически активные соединения живых организмов.
Полное название образовательного учреждения: Департамент среднего профессионального образования Томской области ОГБПОУ «Колпашевский социально-промышленный колледж»
Курс: Биология
Раздел: Общая биология
Возрастная группа: 10 класс
Тема: Биополимеры. Нуклеиновые кислоты, АТФ и другие органические соединения.
Цель занятия: продолжить изучение биополимеров, способствовать формированию приемов логической деятельности, познавательных способностей.
Задачи урока:
Образовательные: познакомить студентов с понятиями нуклеиновые кислоты, способствовать осмыслению и усвоению материала.
Развивающие: развивать когнитивные качества студентов (умение видеть проблему, умение задавать вопросы).
Воспитательные: формировать положительную мотивацию к изучению биологии, стремление получить конечный результат, умение принимать решения и делать выводы.
Время реализации: 90 мин.
Оборудование:
- ПК и видеопроектор;
- авторская презентация, созданная в среде Power Point;
- раздаточный дидактический материал (список кодирования аминокислот);
План:
1. Типы нуклеиновых кислот.
2. Строение ДНК.
3. Основные виды РНК.
4. Транскрипция.
5. АТФ и другие органические соединения клетки.
Ход занятия:
I. Организационный момент.
Проверка готовности к занятию.
II. Повторение.
Устный опрос:
1. Охарактеризуйте функции жиров в клетке.
2. В чем отличие биополимеров белков от биополимеров углеводов? В чем их сходство?
Тестирование (3 варианта)
III. Изучение нового материала.
1. Типы нуклеиновых кислот. Название нуклеиновые кислоты происходит от латинского слова «нуклеос», т.е. ядро: они впервые были обнаружены в клеточных ядрах. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Мономеры-нуклеотиды ДНК и РНК сходны в основных чертах строения и играют центральную роль в хранении и передаче наследственной информации. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями. Каждый из нуклеотидов, входящих в состав РНК, содержит триуглеродный сахар - рибозу; одно из четырех органических соединений, которые называют азотистыми основаниями, - аденин, гуанин, цитозин, урацил (А, Г, Ц, У); остаток фосфорной кислоты.
2. Строение ДНК . Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар - дезоксирибозу; одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин (А, Г, Ц, Т); остаток фосфорной кислоты.
В составе нуклеотидов к молекуле рибозы (или дезоксирибозы одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой - остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи - четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых основания.
Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц.
Схематически сказанное можно выразить следующим образом:
А (аденин) - Т (тимин)
Т (тимин) - А (аденин)
Г (гуанин) - Ц (цитозин)
Ц (цитозин) - Г (гуанин)
Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями.
Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.
Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, т. е. их первичную структуру. Набор белков (ферментов, гормонов и др.) определяет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их поколениям потомков, т. е. являются носителями наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольшом количестве в митохондриях и хлоропластах.
3. Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информация о строении белка передается в цитоплазму особыми молекулами РНК, которые называются информационными (и-РНК). Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов – рибосом идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах.
В синтезе белка принимает участие и другой вид РНК - транспортная (т-РНК), которая подносит аминокислоты к месту образования белковых молекул - рибосомам, своеобразным фабрикам по производству белков.
В состав рибосом входит третий вид РНК, так называемая рибосомная (р-РНК), которая определяет структуру и функционирование рибосом.
Каждая молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы она содержит рибозу и вместо тимина - урацил.
Итак, нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация обо всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.
4. Транскрипция.
Процесс образования и-РНК называется транскрипцией (от лат. «транскрипцио» - переписывание). Транскрипция происходит в ядре клетки. ДНК → и-РНК с участием фермента полимеразы. т-РНК выполняет функцию переводчика с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот, т-РНК получает команду от и-РНК - антикодон узнает кодон и несет аминокислоту.
5. АТФ и другие органические соединения клетки
В любой клетке, кроме белков, жиров, полисахаридов и нуклеиновых кислот, насчитывается несколько тысяч других органических соединений. Их можно условно разделить на конечные и промежуточные продукты биосинтеза и распада.
Конечными продуктами биосинтеза называют органические соединения, которые играют самостоятельную роль в организме или служат мономерами для синтеза биополимеров. К числу конечных продуктов биосинтеза относятся аминокислоты, из которых в клетках синтезируются белки; нуклеотиды - мономеры, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК); глюкоза, которая служит мономером для синтеза гликогена, крахмала, целлюлозы.
Путь к синтезу каждого из конечных продуктов лежит через ряд промежуточных соединений. Многие вещества подвергаются в клетках ферментативному расщеплению, распаду.
Конечными продуктами биосинтеза являются вещества, играющие важную роль в регуляции физиологических процессов и развитии организма. К числу их относятся многие гормоны животных. Гормоны тревоги или стресса (например, адреналин) в условиях напряжения усиливают выход глюкозы в кровь, что, в конечном счете, приводит к увеличению синтеза АТФ и активному использованию энергии, запасенной организмом.
Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены еще два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). Молекула АТФ представляет собой нуклеотид, образованный азотистым основанием аденином, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой высокоэнергетическими (макроэргическими) связями.
АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ.
Средняя продолжительность жизни 1 молекулы АТФ в организме человека менее минуты, поэтому она расщепляется и восстанавливается 2400 раз в сутки.
В химических связях между остатками фосфорной кислоты молекулы АТФ запасена энергия (Е), которая освобождается при отщеплении фосфата:
АТФ = АДФ + Ф + Е
В этой реакции образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и фосфорная кислота (фосфат, Ф).
АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергия(40 кДж/моль)
АТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + энергия(40 кДж/моль)
АДФ + H3PO4 + энергия(60 кДж/моль) → АТФ + H2O
Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, передачи нервных импульсов, свечений (например, у люминесцентных бактерий), т. е. для всех процессов жизнедеятельности.
IV. Итог занятия.
1. О б о б щ е н и е изученного материала.
Вопросы к студентам:
1. Какие компоненты входят в состав нуклеотидов?
2. Почему постоянство содержания ДНК в разных клетках организма считается доказательством того, что ДНК представляет собой генетический материал?
3. Дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.
4. Решите задачи:
Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т достройте вторую цепь.
Ответ: ДНК Г-Г-Г- А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т
Ц-Ц-Ц-Т-А-Т-Т-Г-Т-Ц-Т-А
(по принципу комплементарности)
2) Укажите последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, построенной на этом участке цепи ДНК.
Ответ: и-РНК Г-Г-Г-А-У-А-А-Ц-А-Г-Ц-У
3) Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:
- -А-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г-. достройте вторую цепь.
- -Ц-Т-А-Т-А-Г-Ц-Т-Г-.
5. Решите тест:
4) Какой из нуклеотидов не входит в состав ДНК?
а) тимин;
б) урацил;
в) гуанин;
г) цитозин;
д) аденин.
Ответ: б
5) Если нуклеотидный состав ДНК
АТТ-ГЦГ-ТАТ- то каким должен быть нуклеотидный состав и-РНК?
А) ТАА-ЦГЦ-УТА;
Б) ТАА-ГЦГ-УТУ;
В) УАА-ЦГЦ-АУА;
Г) УАА-ЦГЦ-АТА.
Ответ: в
Не так давно компания APPLE подала заявку на новый патент. Документ описывает некую технологию, позволяющую устройству сохранять определённый процент заряда, необходимого для краткосрочного соединения с серверами компании с целью передачи информации о своей дислокации.
При утрате телефона, в первую очередь, мы теряем ценную информацию. Для её восстановления и существует функция «найти iPhone». Но работает она только тогда, когда в аккумуляторе телефона остаётся хотя бы немного заряда. Без обеспечения энергией информация не может быть ни передана, ни реализована. Всё в точности так, как в живой природе.
Информация о составе белков клетки зашифрована в последовательности нуклеотидов ДНК. Но для того чтобы этой информацией воспользоваться, клетке необходим источник энергии. И этот источник – АТФ . Аденозинтрифосфорная кислота . Это вещество является универсальным хранителем и переносчиком энергии в клетках всех живых организмов.
Для осуществления практически всех процессов, идущих в клетках с затратами энергии, используется АТФ. Синтез белков, углеводов, липидов, активный транспорт веществ через мембрану, движение ресничек и жгутиков, мышечные сокращения, деление клеток, поддержание постоянной температуры тела теплокровных животных… всё это требует обязательной энергетической подпитки.
Аденозинтрифосфорная кислота была открыта в 1929 году группой учёных Гарвардской медицинской школы. Но только в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.
Молекула АТФ представляет собой знакомое вам с прошлого урока вещество – нуклеотид. В состав нуклеотида, как вы помните, входят остатки трёх веществ: фосфорной кислоты , пятиуглеродного сахара и азотистого основания . Особенность же строения АТФ в том, что она содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты. Сахар – рибозу . А также только одно азотистое основание – аденин .
Почему же именно аденозинтрифосфорная кислота выбрана в качестве универсального источника энергии? Весь секрет кроется в строении. А именно в остатках фосфорной кислоты. Дело в том, что фосфатные группы соединены между собой двумя так называемыми макроэргическими связями. Макроэргические – значит высокоэнергетические. При гидролизе АТФ, когда такие связи разрываются, выделяется в четыре раза больше энергии, чем при разрыве обычных химических связей.
В результате отщеплении одного остатка фосфорной кислоты образуется АДФ (аденозиндифосфорная кислота) и высвобождается 40 кДж энергии.
В редких случаях АДФ может подвергаться дальнейшему гидролизу с отщеплением остатка фосфорной кислоты, образованием аденозинмонофосфорной кислоты и высвобождением всё тех же 40 кДж энергии.
Для обратного процесса – синтеза АТФ необходимо затратить энергию. Её источником служит процесс окисления органических веществ. Подробнее вы узнаете об этом на следующих уроках.
Итак, для присоединения остатка фосфорной кислоты к молекуле АДФ (реакция фосфорилирования) нужно затратить 40 кДж энергии.
Аденозинтрифосфорная кислота – очень неустойчивое соединение и быстро обновляется. Средняя продолжительность её жизни, если можно так сказать – менее одной минуты. А одна молекула АТФ расщепляется и вновь синтезируется около 2400 раз в сутки. В основном это происходит в митохондриях , а также в хлоропластах клеток растений.
Биологические процессы, обеспечивающие существование жизни очень сложны. Поэтому для их протекания недостаточно только веществ, несущих информацию и энергию. Необходимы вещества, которые осуществляют и регулируют обменные процессы организма, его рост и развитие. Оказывают влияние на особей своего и других видов. К таким веществам относятся витамины, гормоны, феромоны, алкалоиды, антибиотики и другие.
Витамины
получили своё название от латинского слова vita
,
что в буквальном переводе означает «жизнь». Человечество долгое время не могло
понять причину развития некоторых заболеваний, например, цинги. И когда
витамины были открыты, оказалось, что они являются неотъемлемым компонентом
жизни, но для выполнения своих функций достаточно очень малого их количества.
Именно это и затрудняло их обнаружение.
Как выяснилось, витамины – низкомолекулярные соединения. Они играют
исключительную роль в обмене веществ, но не самостоятельно, а преимущественно
как компоненты ферментов.
Вы знаете, что витамины обозначаются буквами латинского алфавита: A, B, C, D и так далее. Кроме того, у каждого витамина есть своё название. Например, витамин B1 – тиамин, витамин С – аскорбиновая кислота.
По химическому строению и свойствам витамины достаточно разнообразны. Но по растворимости все их можно разделить на две группы: жирорастворимые (A , D , E , K ) и водорастворимые (витамины группы B , C , H , P ).
В организм человека и животных витамины должны поступать с пищей.
Но некоторые из них могут синтезироваться в организме. Например, под воздействием ультрафиолета в коже образуется витамин D. А благодаря симбиотическим микроорганизмам в кишечнике синтезируются витамины B6 и К.
Как мы уже сказали, витамины регулируют обмен веществ. Для нормальной жизнедеятельности их количество должно поддерживаться на определённом уровне. Как недостаток (гиповитаминоз), так и избыток витаминов (гипервитаминоз) может привести к серьёзным нарушениям многих физиологических функций в организме.
Важную роль в регуляции обмена веществ принимают и гормоны . Это слово в переводе с греческого означает – «побуждаю». Гормоны являются биологически активными веществами и вырабатываются специализированными образованиями. В выработке гормонов принимают участие клетки, ткани и органы (железы внутренней секреции).
Гормоны – вещества с различной химической природой. Это могут быть белки (инсулин, глюкагон, соматотропин), стероиды (кортизол, половые гормоны), производные аминокислот (тироксин, адреналин).
Все этапы индивидуального развития человека и животных происходят под контролем гормонов. Они регулируют наше дыхание, сердцебиение, давление…, то есть влияют на все процессы жизнедеятельности. Кроме того, приспособление к изменениям внешней и внутренней среды, активация работы ферментов также происходит под влиянием гормонов.
Как и в случае с витаминами, уровень гормонов в организме должен находиться на определённом уровне.
Известны и гормоны растений. Они называются фитогормонами . Как и гормоны животных, они регулируют процессы роста и развития, но уже растительного организма: деление и рост клеток, развитие почек, прорастание семян и другие.
Интересной группой веществ являются феромоны . К ним относятся биологически активные вещества, выделяемые во внешнюю среду и оказывающие влияние на поведение и физиологическое состояние особей того же вида. Если гормоны регулируют процессы жизнедеятельности внутри организма, то феромоны выступают в роли химических сигналов, которые передаются другим организмам. Коммуникация с помощью феромонов наблюдается, например, у членистоногих животных, а также у бактерий и протистов.
Такие известные вам вещества, как кофеин и морфин относятся к алкалоидам . Алкалоиды – биологически активные вещества , чаще растительного происхождения. Большинство из них ядовиты для человека и животных. Считается, что эти вещества помогают растениям защищаться от поедания их животными.
Некоторые алкалоиды человек использует в медицине. Первым, в очищенном виде, был получен морфин . Используемый в качестве обезболивающего средства.
Кофеин применяется в составе средств от головной боли, при мигрени, а также как стимулятор дыхания и сердечной деятельности при простудных заболеваниях.
Алкалоид хинин применяют для лечения малярии.
И последняя группа органических веществ на сегодня – антибиотики . Название этих веществ говорит само за себя. Оно произошло от греческого ἀντί – против и βίος – жизнь. Природные антибиотики вырабатываются различными микроорганизмами. Они угнетают или убивают клетки других микроорганизмов.
Первым антибиотиком, применённым для лечения бактериальных инфекций, был пенициллин . В 1945 году группе учёных была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях».
Антибиотики спасли миллионы человеческих жизней и после их открытия считались буквально панацеей. Однако принимать их стоит только по назначению врача, так как самолечение может привести к ослаблению собственной защиты организма и гибели микрофлоры кишечника.
Вопрос 1. Какое строение имеет молекула АТФ?
АТФ - это аденозинтрифосфат, нуклеотид, относящийся к группе нуклеиновых кислот. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04 %; в скелетных мышцах 0,5 %). Молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) по своей структуре напоминает один из нуклеотидов молекулы РНК. АТФ включает три компонента: аденин, пятиуглеродный сахар рибозу и три остатка фосфорной кислоты, соединенных между собой особыми макроэргическими связями.
Вопрос 2. Какую функцию выполняет АТФ?
АТФ является универсальным источником энергии для всех реакций, протекающих в клетке. Энергия выделяется в случае отделения от молекулы АТФ остатков фосфорной кислоты при разрыве макроэргических связей. Связь между остатками фосфорной кислоты является макроэргической, при ее расщеплении выделяется примерно в 4 раза больше энергии, чем при расщеплении других связей. Если отделяется один остаток фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). При этом выделяется 40 кДж энергии. При отделении второго остатка фосфорной кислоты выделяется еще 40 кДж энергии, а АДФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфат). Выделившаяся энергия используется клеткой. Энергию АТФ клетка использует в процессах биосинтеза, при движении, при производстве тепла, при проведении нервных импульсов, в процессе фотосинтеза и т.д. АТФ является универсальным аккумулятором энергии в живых организмах.
При гидролизе остатка фосфорной кислоты выделяется энергия:
АТФ + Н 2 О = АДФ + Н 3 РО 4 + 40 кДж/моль
Вопрос 3. Какие связи называются макроэргическими?
Макроэргическими называются связи между остатками фосфорной кислоты, так как при их разрыве выделяется большое количество энергии (в четыре раза больше, чем при расщеплении других химических связей).
Вопрос 4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Обмен веществ невозможен без участия витаминов. Витамины - низкомолекулярные органические вещества, жизненно необходимые для существования организма человека. Витамины или совсем не вырабатываются в человеческом организме, или вырабатываются в недостаточных количествах. Так как чаще всего витамины являются небелковой частью молекул ферментов (коферментами) и определяют интенсивность множества физиологических процессов в организме человека, то необходимо их постоянное поступление в организм. Исключения до некоторой степени составляют витамины группы В и А, способные в небольших количествах накапливаться в печени. Кроме того, некоторые витамины (В 1 В 2 , К, Е) синтезируются бактериями, обитающими в толстом кишечнике, откуда и всасываются в кровь человека. При недостатке витаминов в пище или заболеваниях желудочно-кишечного тракта поступление витаминов в кровь уменьшается, и возникают заболевания, имеющие общее название гиповитаминозов. При полном отсутствии какоголибо витамина возникает более тяжелое расстройство, получившее название авитаминоза. Например, витамин D регулирует обмен кальция и фосфора в организме человека, витамин К участвует в синтезе протромбина и способствует нормальной свертываемости крови.
Витамины подразделяются на водорастворимые (С, РР, витамины группы В) и жирорастворимые (А, D, E и др.). Водорастворимые витамины усваиваются в водном растворе, а при их избытке в организме легко выводятся с мочой. Жирорастворимые витамины усваиваются вместе с жирами, поэтому нарушение переваривания и всасывания жиров сопровождается нехваткой рада витаминов (А, О, К). Значительное увеличение содержания жирорастворимых витаминов в пище может вызвать ряд нарушений обмена веществ, так как эти витамины плохо выводятся из организма. В настоящее время насчитывается не менее двух десятков веществ, относящихся к витаминам.
Конспект урока по биологии в 10 классе
Тема урока: «АТФ и др. орг. соединения клетки»
Цель урока: изучить строение АТФ.
1. Обучающие:
- познакомить учащихся со строением и функциями молекулы АТФ;
- познакомить с другими органическими соединениями клетки.
- научить школьников расписывать гидролиз перехода АТФ в АДФ, АДФ в АМФ;
2. Развивающие:
- сформировать у учащихся личностную мотивацию, познавательный интерес к данной теме;
- расширить знания о энергии химических связей и витаминах
- развить интеллектуальные и творческие способности учащихся, диалектическое мышление;
- углубить знания о взаимосвязи строения атома и структурой ПСХЭ;
- отработать навыки образования АМФ из АТФ и наоборот.
3. Воспитательная:
- продолжить развивать познавательный интерес строения элементов молекулярного уровня любой клетки биологического объекта.
- сформировать толерантное отношение к своему здоровью, зная какую роль играют витамины в организме человека.
Оборудование: таблица, учебник, мультимедийный проектор.
Тип урока: комбинированный
Структура урока :
- Опрос д/з;
- Изучение новой темы;
- Закрепление новой темы;
- Домашнее задание;
План урока:
- Строение молекулы АТФ, функция;
- Витамины: классификация, роль в организме человека.
Ход урока.
I . Организационный момент.
II . Проверка знаний
- Строение ДНК и РНК (устно)- фронтальный опрос.
- Построение второй цепочки ДНК и и-РНК (3-4 чел.)
- Биологический диктант (6-7) 1 вар. нечетные номера, 2 вар.-четные
1) Какой из нуклеотидов не входит в состав ДНК?
2) Если нуклеотидный состав ДНК -АТТ-ГЦГ-ТАТ-, то каким должен быть нукеотидный состав и-РНК?
3) Укажите состав нуклеотида ДНК?
4) Какую функцию выполняет и-РНК?
5) Что является мономерами ДНК и РНК?
6) Назовите основные отличия и-РНК от ДНК.
7) Прочная ковалентная связь в молекуле ДНК возникает между: …
8) Какой из видов молекул РНК имеет самые длинные цепочки?
9) Какой вид РНК вступает в реакцию с аминокислотами?
10) Какие нуклеотиды входят в состав РНК?
2) УАА-ЦГЦ-АУА
3) Остаток фосфорной кислоты, дезоксирибоза, аденин
4) Снятие и перенос информации с ДНК
5) Нуклеотиды,
6) Одноцепочная, содержит рибозу, передает информацию
7) Остаток фосфорной кислоты и сахарами соседних нуклеотидов
10) Аденин, урацил, гуанин, цитозин.
(ноль ошибок - «5», 1 ош - «4», 2 ош. - «3»)
III . Изучение нового материала
Какие виды энергии вам известны? (Кинетическая, потенциальная.)
Эти виды энергии вы изучали на уроках физики. В биологии тоже есть свой вид энергии - энергия химических связей. Предположим, вы выпили чай с сахаром. Пища поступила в желудок, там разжижается и направляется в тонкий кишечник, где идет её расщепление: крупные молекулы до мелких. Т.е. сахар-это углевод дисахарид, который расщепляется до глюкозы. Она расщепляется и служит источником энергии, т.е.50%энергии рассеивается в виде теплоты для поддержания постоянной t тела, и 50% энергии, которая превращается в энергию АТФ, она хранится для нужд клетки.
Итак, цель урока - изучить строение молекулы АТФ.
- Строение АТФ и ее роль в клетке (Объяснение учителя с использованием таблиц и рисунков учебника.)
АТФ был открыт в 1929 г. Карлом Ломанном, а в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке. АТФ содержится в цитоплазме, митохондриях, ядре.
АТФ - аденозинтрифосфат - нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, углевода рибозы и 3-х остатков Н3РО4, соединенных поочередно.
- Витамины и другие органические соединения клетки.
Кроме изученных органических соединений (белки, жиры, углеводы) есть органические соединения- витамины. Вы едите овощи, фрукты, мясо? (Да, конечно!)
Все эти продукты содержат большое количество витаминов. Для нормального функционирования нашего организма витаминов, поступающих с пищей, нужно небольшое количество. Но не всегда тот объём продуктов, который мы употребляем, способен восполнить наш организм витаминами. Одни витамины организм может синтезировать сам, другие же поступают только с пищей (н., витамин К, С).
Витамины - группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы.
Все витамины принято обозначать буквами латинского алфавита-А, В, D, F...
По растворимости в воде и в жирах витамины делят на:
ВИТАМИНЫ
Жирорастворимые Водорастворимые
Е, A, D К С, РР, В
Витамины участвуют во множестве биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров большого количества разнообразных ферментов .
Витаминам отводится важнейшая роль в обмене веществ . Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении витаминов в организм наступают характерные и опасные патологические изменения.
Большинство витаминов не синтезируются в организме человека, поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминно-минеральных комплексов и пищевых добавок.
С нарушением поступления витаминов в организм связаны два принципиальных патологических состояния:
Гиповитаминоз - недостаток витамина.
Гипервитаминоз - избыток витамина.
Авитаминоз - полное отсутствие витамина.
IV . Закрепление материала
Обсуждение вопросов в ходе фронтальной беседы:
- Как устроена молекула АТФ?
- Какое значение играет АТФ в организме?
- Как образуется АТФ?
- Почему связи между остатками фосфорной кислоты называются макроэргическими?
- Что нового вы узнали о витаминах?
- Зачем нужны витамины в организме?
V . Задание на дом
Изучить § 1.7 «АТФ и другие органические соединения клетки», ответить на вопросы в конце параграфа, конспект выучить
Тема: АТФ и другие органические соединения клетки /
Этапы урока Время Ход урока
Деятельность учителя Деятельность ученика
I.Оргмомент Оргмомент
II. Проверка д/з 1520 мин. 1. ученик у доски сравнительная характеристика ДНК и РНК
2. ученик характеристика ДНК
3. ученик характеристика РНК
4. построение участка молекулы ДНК
5. принцип комплементарности. В чем он заключается. Изобразить на доске.
III.Изучение нового материала 20 мин. АТФ и прочие органические соединения клетки
1. Что такое энергия,Какие виды энергии вам известны?
2. Почему для жизнедеятельности любого организма необходима энергия?
3. Какие витамины вам известны? Какова их роль?
АТФ. Строение. Функции. Нуклеотиды являются структурной основой для целого ряда важных для
жизнедеятельности органических веществ. Наиболее широко распространенными среди них
являются макроэргические соединения (высокоэнергетические соединения, содержащие богатые
энергией, или макроэргические, связи), а среди последних - аденозинтрифосфатп (АТФ).
АТФ состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и (в отличие от нуклеотидов ДНК и
РНК) трех остатков фосфорной кислоты (рис. 21).
АТФ - универсальный хранитель и переносчик энергии в клетке. Практически все идущие в клетке
биохимические реакции, которые требуют затрат энергии, в качестве ее источника используют АТФ.
При отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ),
если отделяется еще один остаток фосфорной кислоты (что бывает крайне редко), то АДФ
переходит в аденозинмонофосфат (АМФ). При отделении третьего и второго остатков фосфорной
кислоты освобождается большое количество энергии (до 40 кДж). Именно поэтому связь между
этими остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом ~).
Связь между рибозой и первым остатком фосфорной кислоты макроэргической не является, и при ее
расщеплении выделяется всего около 14 кДж энергии.
АТФ + H2O АДФ + H3PO4+ 40 кДж,
АДФ + H2O – АМФ + H3PO4 + 40кДж,
Макроэргические соединения могут образовываться и на основе других нуклеотидов. Например,
гуанозинтрифосфат (ГТФ) играет важную роль в ряде биохимических процессов, однако АТФ
является наиболее распространенным и универсальным источником энергии для большинства
биохимических реакций, протекающих в клетке. АТФ содержится в цитоплазме, митохондриях,
пластидах и ядрах.
Витамины. Биологически активные органические соединения - витамины (от лат, vita - жизнь)
совершенно необходимы в малых количествах для нормальной жизнедеятельности организмов. Они
играют важную роль в процессах обмена, часто являясь составной частью ферментов.
Витамины были открыты русским врачом Н. И. Луниным в 1880 г. Термин «витамины» предложен в
1912 г. польским ученым К. Функом. В настоящее время известно около 50 витаминов. Суточная
потребность в витаминах очень мала. Так, для человека меньше всего требуется витамина В12 -
0,003 мг/сут, а больше всего - витамина С - 75 мг/сут.
Витамины обозначают латинскими буквами, хотя у каждого из них есть и название. Например,
витамин С - аскорбиновая кислота, витамин А - ретинол и так далее. Одни витамины
растворяются в жирах, и их называют жирорастворимыми (A, D, Е, К), другие - растворимы в воде
(С, В, РР, Н) и соответственно называются водорастворимыми.
Как недостаток, так и избыток витаминов может привести к серьезным нарушениям многих
физиологических функций в организме.
Нуклеиновые кислоты - высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов.
Нуклеотид - фосфорные эфиры нуклеозидов, ноклиозидфосфаты.
Макроэргическая связь - это ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением значительного кол-ва энергии.
Комплементарностью - взаимное соответствие молекул биополимеров или их фрагментов, обеспечивающее образование связей между пространственно взаимодополняющими (комплементарными) фрагментами молекул или их структурных фрагментов вследствие супрамолекулярных взаимодействий.
2) В молекуле ДНК присутствуют нуклеотиды четырех типов: дезоксиаденозин монофосфат (dAMP), дезоксигуанозинмонофосфат (dGMP), дезокситимидинмонофосфат(dТМР),дезоксицитадинмонофосфат(с!СМР).
3) 1) обеспечивает сохранение и передачу генетической информации от клетки к клетке и от организма к организму;
2) регуляция всех процессов, происходящих в клетке.
4) 1. ДНК содержит сахар дезоксирибозу, РНК - рибозу, у которой есть дополнительная, по сравнению с дезоксирибозой, гидроксильная группа. Эта группа увеличивает вероятность гидролиза молекулы, то есть уменьшает стабильность молекулы РНК.
2. Нуклеотид, комплементарный аденину, в РНК не тимин, как в ДНК, а урацил - неметилированная форма тимина.
3. ДНК существует в форме двойной спирали, состоящей из двух отдельных молекул. Молекулы РНК, в среднем, гораздо короче и преимущественно одноцепочечные.
5) Рибонуклеи́новые кисло́ты (РНК) - нуклеиновые кислоты, полимеры нуклеотидов, в состав которых входят остаток ортофосфорной кислоты, рибоза (в отличие от ДНК, содержащей дезоксирибозу) и азотистые основания - аденин, цитозин, гуанин и урацил (в отличие от ДНК, содержащей вместо урацила тимин). Эти молекулы содержатся в клетках всех живых организмов, а также в некоторых вирусах.
Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) - один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках - долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.
6) АТФ - это главный универсальный поставщик энергии в клетках всех живых организмов. АТФ - Аденозинтрифосфа́т
7) АТФ относится к так называемым макроэргическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии. Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль.
8) Витамины - это группы сравнительно низкомолекулярных органических соединений разнообразной химической природы. По растворимости они подразделяются на две большие группы: растворимые в жирах и растворимые в воде.
