KE asam nukleat termasuk senyawa polimer tinggi yang terurai selama hidrolisis menjadi basa purin dan pirimidin, pentosa dan asam fosfat. Asam nukleat mengandung karbon, hidrogen, fosfor, oksigen dan nitrogen. Ada dua kelas asam nukleat: asam ribonukleat (RNA) Dan asam deoksiribonukleat (DNA).

Struktur dan fungsi DNA

DNA- polimer yang monomernya adalah deoksiribonukleotida. Model struktur spasial molekul DNA berbentuk heliks ganda diusulkan pada tahun 1953 oleh J. Watson dan F. Crick (untuk membangun model ini mereka menggunakan karya M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff ).

molekul DNA dibentuk oleh dua rantai polinukleotida, yang dipelintir secara heliks satu sama lain dan bersama-sama mengelilingi sumbu imajiner, yaitu. adalah heliks ganda (dengan pengecualian beberapa virus yang mengandung DNA memiliki DNA beruntai tunggal). Diameter heliks ganda DNA adalah 2 nm, jarak antara nukleotida yang berdekatan adalah 0,34 nm, dan terdapat 10 pasangan nukleotida per putaran heliks. Panjang molekulnya bisa mencapai beberapa sentimeter. Berat molekul - puluhan dan ratusan juta. Panjang total DNA dalam inti sel manusia adalah sekitar 2 m. Pada sel eukariotik, DNA membentuk kompleks dengan protein dan memiliki konformasi spasial tertentu.

Monomer DNA - nukleotida (deoksiribonukleotida)- terdiri dari residu tiga zat: 1) basa nitrogen, 2) monosakarida lima karbon (pentosa) dan 3) asam fosfat. Basa nitrogen dari asam nukleat termasuk dalam golongan pirimidin dan purin. Basa DNA pirimidin(memiliki satu cincin dalam molekulnya) - timin, sitosin. Basa purin(memiliki dua cincin) - adenin dan guanin.

Monosakarida nukleotida DNA adalah deoksiribosa.

Nama nukleotida diambil dari nama basa yang bersangkutan. Nukleotida dan basa nitrogen ditandai dengan huruf kapital.

Rantai polinukleotida terbentuk sebagai hasil reaksi kondensasi nukleotida. Dalam hal ini, antara karbon 3" dari residu deoksiribosa dari satu nukleotida dan residu asam fosfat dari nukleotida lainnya, ikatan fosfoester(termasuk dalam kategori ikatan kovalen kuat). Salah satu ujung rantai polinukleotida diakhiri dengan karbon 5" (disebut ujung 5"), ujung lainnya dengan karbon 3" (ujung 3").

Di seberang satu untai nukleotida terdapat untai kedua. Susunan nukleotida dalam kedua rantai ini tidak acak, tetapi ditentukan secara ketat: timin selalu terletak berlawanan dengan adenin dari satu rantai pada rantai lainnya, dan sitosin selalu terletak berlawanan dengan guanin, dua ikatan hidrogen muncul antara adenin dan timin, dan tiga ikatan hidrogen muncul antara guanin dan sitosin. Pola yang mengatur nukleotida dari rantai DNA yang berbeda (adenin - timin, guanin - sitosin) dan terhubung secara selektif satu sama lain disebut prinsip saling melengkapi. Perlu dicatat bahwa J. Watson dan F. Crick mulai memahami prinsip saling melengkapi setelah membiasakan diri dengan karya-karya E. Chargaff. E. Chargaff, setelah mempelajari sejumlah besar sampel jaringan dan organ berbagai organisme, menemukan bahwa dalam setiap fragmen DNA kandungan residu guanin selalu sama persis dengan kandungan sitosin, dan adenin dengan timin ( "Aturan Chargaff"), tapi dia tidak bisa menjelaskan fakta ini.

Dari prinsip saling melengkapi dapat disimpulkan bahwa urutan nukleotida suatu rantai menentukan urutan nukleotida rantai lainnya.

Untaian DNA bersifat antiparalel (multiarah), yaitu. nukleotida dari rantai yang berbeda terletak pada arah yang berlawanan, dan oleh karena itu, di seberang ujung 3" dari satu rantai terdapat ujung 5" dari rantai lainnya. Molekul DNA terkadang disamakan dengan tangga spiral. “Pagar” tangga ini adalah tulang punggung gula-fosfat (residu deoksiribosa dan asam fosfat bergantian); “langkah” adalah basa nitrogen komplementer.

Fungsi DNA- penyimpanan dan transmisi informasi turun-temurun.

Replikasi DNA (reduplikasi)

- proses penggandaan diri, sifat utama molekul DNA. Replikasi termasuk dalam kategori reaksi sintesis matriks dan terjadi dengan partisipasi enzim. Di bawah aksi enzim, molekul DNA terlepas, dan rantai baru dibangun di sekitar setiap rantai, bertindak sebagai templat, sesuai dengan prinsip saling melengkapi dan antiparalelisme. Jadi, dalam setiap DNA anak, satu untai adalah untai induk, dan untai kedua baru disintesis. Metode sintesis ini disebut semi-konservatif.

“Bahan bangunan” dan sumber energi untuk replikasi adalah deoksiribonukleosida trifosfat(ATP, TTP, GTP, CTP) mengandung tiga residu asam fosfat. Ketika deoksiribonukleosida trifosfat dimasukkan ke dalam rantai polinukleotida, dua residu asam fosfat terminal dibelah, dan energi yang dilepaskan digunakan untuk membentuk ikatan fosfodiester antara nukleotida.

Enzim berikut terlibat dalam replikasi:

1. helikase (“melepaskan” DNA);
2. protein yang tidak stabil;
3. DNA topoisomerase (memotong DNA);
4. DNA polimerase (pilih deoksiribonukleosida trifosfat dan secara komplementer menempelkannya ke untai cetakan DNA);
5. RNA primase (membentuk primer RNA);
6. Ligase DNA (menghubungkan fragmen DNA menjadi satu).

Dengan bantuan helikase, DNA terurai pada bagian-bagian tertentu, bagian DNA beruntai tunggal diikat oleh protein yang tidak stabil, dan a garpu replikasi. Dengan perbedaan 10 pasangan nukleotida (satu putaran heliks), molekul DNA harus melakukan revolusi penuh pada porosnya. Untuk mencegah rotasi ini, DNA topoisomerase memotong satu untai DNA, sehingga memungkinkannya berputar di sekitar untai kedua.

DNA polimerase hanya dapat menempelkan nukleotida pada karbon 3" deoksiribosa nukleotida sebelumnya, oleh karena itu enzim ini mampu bergerak sepanjang DNA cetakan hanya dalam satu arah: dari ujung 3" ke ujung 5" DNA cetakan ini . Karena rantai dalam DNA induk bersifat antiparalel , maka pada rantai yang berbeda, perakitan rantai polinukleotida anak terjadi secara berbeda dan dalam arah yang berlawanan. Pada rantai 3"-5", sintesis rantai polinukleotida anak terjadi tanpa gangguan; rantai putri akan dipanggil; terkemuka. Pada rantai 5"-3" - sebentar-sebentar, dalam pecahan ( pecahan Okazaki), yang, setelah replikasi selesai, dijahit menjadi satu untai oleh ligase DNA; rantai anak ini akan dipanggil tertinggal (tertinggal).

Ciri khusus DNA polimerase adalah ia dapat mulai bekerja hanya dengan "biji" (primer). Peran “primer” dilakukan oleh rangkaian RNA pendek yang dibentuk oleh enzim RNA primase dan dipasangkan dengan DNA cetakan. Primer RNA dihilangkan setelah perakitan rantai polinukleotida selesai.

Replikasi berlangsung serupa pada prokariota dan eukariota. Laju sintesis DNA pada prokariota jauh lebih tinggi (1000 nukleotida per detik) dibandingkan pada eukariota (100 nukleotida per detik). Replikasi dimulai secara bersamaan di beberapa bagian molekul DNA. Sebuah fragmen DNA dari satu asal replikasi ke asal replikasi lainnya membentuk unit replikasi - replika.

Replikasi terjadi sebelum pembelahan sel. Berkat kemampuan DNA ini, informasi herediter ditransfer dari sel induk ke sel anak.

Reparasi (“perbaikan”)

Reparasi adalah proses menghilangkan kerusakan pada urutan nukleotida DNA. Dilakukan oleh sistem enzim khusus sel ( memperbaiki enzim). Dalam proses pemulihan struktur DNA, tahapan berikut dapat dibedakan: 1) nuklease perbaikan DNA mengenali dan menghilangkan area yang rusak, akibatnya terbentuk celah pada rantai DNA; 2) DNA polimerase mengisi celah ini dengan menyalin informasi dari untai kedua (“baik”); 3) Nukleotida “ikatan silang” DNA ligase, menyelesaikan perbaikan.

Tiga mekanisme perbaikan yang paling banyak dipelajari: 1) perbaikan foto, 2) perbaikan eksisi, atau pra-replikasi, 3) perbaikan pasca-replikasi.

Perubahan struktur DNA terjadi di dalam sel secara terus-menerus di bawah pengaruh metabolit reaktif, radiasi ultraviolet, logam berat dan garamnya, dll. Oleh karena itu, kerusakan pada sistem perbaikan meningkatkan laju proses mutasi dan menyebabkan penyakit keturunan (xeroderma pigmentosum, progeria, dll.).

Struktur dan fungsi RNA

- polimer yang monomernya ribonukleotida. Berbeda dengan DNA, RNA dibentuk bukan oleh dua, tetapi oleh satu rantai polinukleotida (dengan pengecualian bahwa beberapa virus yang mengandung RNA memiliki RNA beruntai ganda). Nukleotida RNA mampu membentuk ikatan hidrogen satu sama lain. Rantai RNA jauh lebih pendek daripada rantai DNA.

Monomer RNA - nukleotida (ribonukleotida)- terdiri dari residu tiga zat: 1) basa nitrogen, 2) monosakarida lima karbon (pentosa) dan 3) asam fosfat. Basa nitrogen RNA juga termasuk dalam kelas pirimidin dan purin.

Basa pirimidin RNA adalah urasil dan sitosin, dan basa purin adalah adenin dan guanin. Monosakarida nukleotida RNA adalah ribosa.

Menyorot tiga jenis RNA: 1) informatif(pembawa pesan) RNA - mRNA (mRNA), 2) mengangkut RNA - tRNA, 3) ribosom RNA - rRNA.

Semua jenis RNA merupakan polinukleotida tidak bercabang, memiliki konformasi spasial tertentu dan berperan dalam proses sintesis protein. Informasi tentang struktur semua jenis RNA disimpan dalam DNA. Proses sintesis RNA pada cetakan DNA disebut transkripsi.

Transfer RNA biasanya mengandung 76 (dari 75 hingga 95) nukleotida; berat molekul - 25.000-30.000. tRNA menyumbang sekitar 10% dari total kandungan RNA dalam sel. Fungsi tRNA: 1) pengangkutan asam amino ke tempat sintesis protein, ke ribosom, 2) perantara translasi. Ada sekitar 40 jenis tRNA yang ditemukan dalam sebuah sel, masing-masing memiliki urutan nukleotida yang unik. Namun, semua tRNA memiliki beberapa daerah komplementer intramolekul, sehingga tRNA memperoleh konformasi seperti daun semanggi. Setiap tRNA memiliki loop untuk kontak dengan ribosom (1), loop antikodon (2), loop untuk kontak dengan enzim (3), batang akseptor (4), dan antikodon (5). Asam amino ditambahkan ke ujung 3" batang akseptor. Antikodon- tiga nukleotida yang “mengidentifikasi” kodon mRNA. Perlu ditekankan bahwa tRNA spesifik dapat mengangkut asam amino yang ditentukan secara ketat sesuai dengan antikodonnya. Kekhususan hubungan antara asam amino dan tRNA dicapai karena sifat enzim aminoasil-tRNA sintetase.

RNA ribosom mengandung 3000-5000 nukleotida; berat molekul - 1.000.000-1.500.000 rRNA menyumbang 80-85% dari total kandungan RNA dalam sel. Dalam kompleks dengan protein ribosom, rRNA membentuk ribosom - organel yang melakukan sintesis protein. Pada sel eukariotik, sintesis rRNA terjadi di nukleolus. Fungsi rRNA: 1) komponen struktural penting dari ribosom dan, dengan demikian, memastikan berfungsinya ribosom; 2) memastikan interaksi ribosom dan tRNA; 3) pengikatan awal ribosom dan kodon inisiator mRNA dan penentuan kerangka baca, 4) pembentukan pusat aktif ribosom.

RNA Messenger bervariasi dalam kandungan nukleotida dan berat molekul (dari 50.000 hingga 4.000.000). mRNA menyumbang hingga 5% dari total konten RNA dalam sel. Fungsi mRNA: 1) transfer informasi genetik dari DNA ke ribosom, 2) matriks untuk sintesis molekul protein, 3) penentuan urutan asam amino dari struktur primer suatu molekul protein.

Struktur dan fungsi ATP

Asam adenosin trifosfat (ATP)- sumber universal dan akumulator energi utama dalam sel hidup. ATP ditemukan di semua sel tumbuhan dan hewan. Jumlah ATP rata-rata 0,04% (dari berat basah sel), jumlah ATP terbesar (0,2-0,5%) terdapat pada otot rangka.

ATP terdiri dari residu: 1) basa nitrogen (adenin), 2) monosakarida (ribosa), 3) tiga asam fosfat. Karena ATP tidak hanya mengandung satu, tetapi tiga residu asam fosfat, maka ATP termasuk dalam ribonukleosida trifosfat.

Sebagian besar pekerjaan yang terjadi di dalam sel menggunakan energi hidrolisis ATP. Dalam hal ini, ketika residu terminal asam fosfat dihilangkan, ATP berubah menjadi ADP (asam adenosin difosfat), dan ketika residu asam fosfat kedua dihilangkan, ia berubah menjadi AMP (asam adenosin monofosfat). Hasil energi bebas setelah eliminasi residu asam fosfat terminal dan kedua adalah 30,6 kJ. Penghapusan gugus fosfat ketiga disertai dengan pelepasan hanya 13,8 kJ. Ikatan antara terminal dan residu asam fosfat kedua, kedua dan pertama disebut energi tinggi (high-energy).

Cadangan ATP terus diisi ulang. Dalam sel semua organisme, sintesis ATP terjadi dalam proses fosforilasi, yaitu. penambahan asam fosfat ke ADP. Fosforilasi terjadi dengan intensitas yang bervariasi selama respirasi (mitokondria), glikolisis (sitoplasma), dan fotosintesis (kloroplas).

ATP merupakan penghubung utama antara proses yang disertai pelepasan dan akumulasi energi, dan proses yang terjadi dengan pengeluaran energi. Selain itu, ATP, bersama dengan ribonukleosida trifosfat lainnya (GTP, CTP, UTP), merupakan substrat untuk sintesis RNA.

Pergi ke kuliah nomor 3“Struktur dan fungsi protein. Enzim"

Pergi ke kuliah nomor 5“Teori sel. Jenis organisasi seluler"

KE asam nukleat termasuk senyawa polimer tinggi yang terurai selama hidrolisis menjadi basa purin dan pirimidin, pentosa dan asam fosfat. Asam nukleat mengandung karbon, hidrogen, fosfor, oksigen dan nitrogen. Ada dua kelas asam nukleat: asam ribonukleat (RNA) Dan asam deoksiribonukleat (DNA).

Struktur dan fungsi DNA

DNA- polimer yang monomernya adalah deoksiribonukleotida. Model struktur spasial molekul DNA berbentuk heliks ganda diusulkan pada tahun 1953 oleh J. Watson dan F. Crick (untuk membangun model ini mereka menggunakan karya M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff ).

molekul DNA dibentuk oleh dua rantai polinukleotida, yang dipelintir secara heliks satu sama lain dan bersama-sama mengelilingi sumbu imajiner, yaitu. adalah heliks ganda (dengan pengecualian beberapa virus yang mengandung DNA memiliki DNA beruntai tunggal). Diameter heliks ganda DNA adalah 2 nm, jarak antara nukleotida yang berdekatan adalah 0,34 nm, dan terdapat 10 pasangan nukleotida per putaran heliks. Panjang molekulnya bisa mencapai beberapa sentimeter. Berat molekul - puluhan dan ratusan juta. Panjang total DNA dalam inti sel manusia adalah sekitar 2 m. Pada sel eukariotik, DNA membentuk kompleks dengan protein dan memiliki konformasi spasial tertentu.

Monomer DNA - nukleotida (deoksiribonukleotida)- terdiri dari residu tiga zat: 1) basa nitrogen, 2) monosakarida lima karbon (pentosa) dan 3) asam fosfat. Basa nitrogen dari asam nukleat termasuk dalam golongan pirimidin dan purin. Basa DNA pirimidin(memiliki satu cincin dalam molekulnya) - timin, sitosin. Basa purin(memiliki dua cincin) - adenin dan guanin.

Monosakarida nukleotida DNA adalah deoksiribosa.

Nama nukleotida diambil dari nama basa yang bersangkutan. Nukleotida dan basa nitrogen ditandai dengan huruf kapital.

Rantai polinukleotida terbentuk sebagai hasil reaksi kondensasi nukleotida. Dalam hal ini, antara karbon 3" dari residu deoksiribosa dari satu nukleotida dan residu asam fosfat dari nukleotida lainnya, ikatan fosfoester(termasuk dalam kategori ikatan kovalen kuat). Salah satu ujung rantai polinukleotida diakhiri dengan karbon 5" (disebut ujung 5"), ujung lainnya dengan karbon 3" (ujung 3").

Di seberang satu untai nukleotida terdapat untai kedua. Susunan nukleotida dalam kedua rantai ini tidak acak, tetapi ditentukan secara ketat: timin selalu terletak berlawanan dengan adenin dari satu rantai pada rantai lainnya, dan sitosin selalu terletak berlawanan dengan guanin, dua ikatan hidrogen muncul antara adenin dan timin, dan tiga ikatan hidrogen muncul antara guanin dan sitosin. Pola yang mengatur nukleotida dari rantai DNA yang berbeda (adenin - timin, guanin - sitosin) dan terhubung secara selektif satu sama lain disebut prinsip saling melengkapi. Perlu dicatat bahwa J. Watson dan F. Crick mulai memahami prinsip saling melengkapi setelah membiasakan diri dengan karya-karya E. Chargaff. E. Chargaff, setelah mempelajari sejumlah besar sampel jaringan dan organ berbagai organisme, menemukan bahwa dalam setiap fragmen DNA kandungan residu guanin selalu sama persis dengan kandungan sitosin, dan adenin dengan timin ( "Aturan Chargaff"), tapi dia tidak bisa menjelaskan fakta ini.

Dari prinsip saling melengkapi dapat disimpulkan bahwa urutan nukleotida suatu rantai menentukan urutan nukleotida rantai lainnya.

Untaian DNA bersifat antiparalel (multiarah), yaitu. nukleotida dari rantai yang berbeda terletak pada arah yang berlawanan, dan oleh karena itu, di seberang ujung 3" dari satu rantai terdapat ujung 5" dari rantai lainnya. Molekul DNA terkadang disamakan dengan tangga spiral. “Pagar” tangga ini adalah tulang punggung gula-fosfat (residu deoksiribosa dan asam fosfat bergantian); “langkah” adalah basa nitrogen komplementer.

Fungsi DNA- penyimpanan dan transmisi informasi turun-temurun.

Replikasi DNA (reduplikasi)

- proses penggandaan diri, sifat utama molekul DNA. Replikasi termasuk dalam kategori reaksi sintesis matriks dan terjadi dengan partisipasi enzim. Di bawah aksi enzim, molekul DNA terlepas, dan rantai baru dibangun di sekitar setiap rantai, bertindak sebagai templat, sesuai dengan prinsip saling melengkapi dan antiparalelisme. Jadi, dalam setiap DNA anak, satu untai adalah untai induk, dan untai kedua baru disintesis. Metode sintesis ini disebut semi-konservatif.

“Bahan bangunan” dan sumber energi untuk replikasi adalah deoksiribonukleosida trifosfat(ATP, TTP, GTP, CTP) mengandung tiga residu asam fosfat. Ketika deoksiribonukleosida trifosfat dimasukkan ke dalam rantai polinukleotida, dua residu asam fosfat terminal dibelah, dan energi yang dilepaskan digunakan untuk membentuk ikatan fosfodiester antara nukleotida.

Enzim berikut terlibat dalam replikasi:

1. helikase (“melepaskan” DNA);
2. protein yang tidak stabil;
3. DNA topoisomerase (memotong DNA);
4. DNA polimerase (pilih deoksiribonukleosida trifosfat dan secara komplementer menempelkannya ke untai cetakan DNA);
5. RNA primase (membentuk primer RNA);
6. Ligase DNA (menghubungkan fragmen DNA menjadi satu).

Dengan bantuan helikase, DNA terurai pada bagian-bagian tertentu, bagian DNA beruntai tunggal diikat oleh protein yang tidak stabil, dan a garpu replikasi. Dengan perbedaan 10 pasangan nukleotida (satu putaran heliks), molekul DNA harus melakukan revolusi penuh pada porosnya. Untuk mencegah rotasi ini, DNA topoisomerase memotong satu untai DNA, sehingga memungkinkannya berputar di sekitar untai kedua.

DNA polimerase hanya dapat menempelkan nukleotida pada karbon 3" deoksiribosa nukleotida sebelumnya, oleh karena itu enzim ini mampu bergerak sepanjang DNA cetakan hanya dalam satu arah: dari ujung 3" ke ujung 5" DNA cetakan ini . Karena dalam DNA induk rantainya antiparalel , maka pada rantai yang berbeda perakitan rantai polinukleotida anak terjadi secara berbeda dan dalam arah yang berlawanan. Pada rantai 3"–5", sintesis rantai polinukleotida anak terjadi tanpa gangguan; rantai putri akan dipanggil; terkemuka. Pada rantai 5"–3" - sebentar-sebentar, dalam pecahan ( pecahan Okazaki), yang, setelah replikasi selesai, dijahit menjadi satu untai oleh ligase DNA; rantai anak ini akan dipanggil tertinggal (tertinggal).

Ciri khusus DNA polimerase adalah ia dapat mulai bekerja hanya dengan "biji" (primer). Peran “primer” dilakukan oleh rangkaian RNA pendek yang dibentuk oleh enzim RNA primase dan dipasangkan dengan DNA cetakan. Primer RNA dihilangkan setelah perakitan rantai polinukleotida selesai.

Replikasi berlangsung serupa pada prokariota dan eukariota. Laju sintesis DNA pada prokariota jauh lebih tinggi (1000 nukleotida per detik) dibandingkan pada eukariota (100 nukleotida per detik). Replikasi dimulai secara bersamaan di beberapa bagian molekul DNA. Sebuah fragmen DNA dari satu asal replikasi ke asal replikasi lainnya membentuk unit replikasi - replika.

Replikasi terjadi sebelum pembelahan sel. Berkat kemampuan DNA ini, informasi herediter ditransfer dari sel induk ke sel anak.

Reparasi (“perbaikan”)

Reparasi adalah proses menghilangkan kerusakan pada urutan nukleotida DNA. Dilakukan oleh sistem enzim khusus sel ( memperbaiki enzim). Dalam proses pemulihan struktur DNA, tahapan berikut dapat dibedakan: 1) nuklease perbaikan DNA mengenali dan menghilangkan area yang rusak, akibatnya terbentuk celah pada rantai DNA; 2) DNA polimerase mengisi celah ini dengan menyalin informasi dari untai kedua (“baik”); 3) Nukleotida “ikatan silang” DNA ligase, menyelesaikan perbaikan.

Tiga mekanisme perbaikan yang paling banyak dipelajari: 1) perbaikan foto, 2) perbaikan eksisi, atau pra-replikasi, 3) perbaikan pasca-replikasi.

Perubahan struktur DNA terjadi di dalam sel secara terus-menerus di bawah pengaruh metabolit reaktif, radiasi ultraviolet, logam berat dan garamnya, dll. Oleh karena itu, kerusakan pada sistem perbaikan meningkatkan laju proses mutasi dan menyebabkan penyakit keturunan (xeroderma pigmentosum, progeria, dll.).

Struktur dan fungsi RNA

- polimer yang monomernya ribonukleotida. Berbeda dengan DNA, RNA dibentuk bukan oleh dua, tetapi oleh satu rantai polinukleotida (dengan pengecualian bahwa beberapa virus yang mengandung RNA memiliki RNA beruntai ganda). Nukleotida RNA mampu membentuk ikatan hidrogen satu sama lain. Rantai RNA jauh lebih pendek daripada rantai DNA.

Monomer RNA - nukleotida (ribonukleotida)- terdiri dari residu tiga zat: 1) basa nitrogen, 2) monosakarida lima karbon (pentosa) dan 3) asam fosfat. Basa nitrogen RNA juga termasuk dalam kelas pirimidin dan purin.

Basa pirimidin RNA adalah urasil dan sitosin, dan basa purin adalah adenin dan guanin. Monosakarida nukleotida RNA adalah ribosa.

Menyorot tiga jenis RNA: 1) informatif(pembawa pesan) RNA - mRNA (mRNA), 2) mengangkut RNA - tRNA, 3) ribosom RNA - rRNA.

Semua jenis RNA merupakan polinukleotida tidak bercabang, memiliki konformasi spasial tertentu dan berperan dalam proses sintesis protein. Informasi tentang struktur semua jenis RNA disimpan dalam DNA. Proses sintesis RNA pada cetakan DNA disebut transkripsi.

Transfer RNA biasanya mengandung 76 (dari 75 hingga 95) nukleotida; berat molekul - 25.000–30.000. tRNA menyumbang sekitar 10% dari total kandungan RNA dalam sel. Fungsi tRNA: 1) pengangkutan asam amino ke tempat sintesis protein, ke ribosom, 2) perantara translasi. Ada sekitar 40 jenis tRNA yang ditemukan dalam sebuah sel, masing-masing memiliki urutan nukleotida yang unik. Namun, semua tRNA memiliki beberapa daerah komplementer intramolekul, sehingga tRNA memperoleh konformasi seperti daun semanggi. Setiap tRNA memiliki loop untuk kontak dengan ribosom (1), loop antikodon (2), loop untuk kontak dengan enzim (3), batang akseptor (4), dan antikodon (5). Asam amino ditambahkan ke ujung 3" batang akseptor. Antikodon- tiga nukleotida yang “mengidentifikasi” kodon mRNA. Perlu ditekankan bahwa tRNA spesifik dapat mengangkut asam amino yang ditentukan secara ketat sesuai dengan antikodonnya. Kekhususan hubungan antara asam amino dan tRNA dicapai karena sifat enzim aminoasil-tRNA sintetase.

RNA ribosom mengandung 3000–5000 nukleotida; berat molekul - 1.000.000–1.500.000 rRNA menyumbang 80–85% dari total kandungan RNA dalam sel. Dalam kompleks dengan protein ribosom, rRNA membentuk ribosom - organel yang melakukan sintesis protein. Pada sel eukariotik, sintesis rRNA terjadi di nukleolus. Fungsi rRNA: 1) komponen struktural penting dari ribosom dan, dengan demikian, memastikan berfungsinya ribosom; 2) memastikan interaksi ribosom dan tRNA; 3) pengikatan awal ribosom dan kodon inisiator mRNA dan penentuan kerangka baca, 4) pembentukan pusat aktif ribosom.

RNA Messenger bervariasi dalam kandungan nukleotida dan berat molekul (dari 50.000 hingga 4.000.000). mRNA menyumbang hingga 5% dari total konten RNA dalam sel. Fungsi mRNA: 1) transfer informasi genetik dari DNA ke ribosom, 2) matriks untuk sintesis molekul protein, 3) penentuan urutan asam amino dari struktur primer suatu molekul protein.

Struktur dan fungsi ATP

Asam adenosin trifosfat (ATP)- sumber universal dan akumulator energi utama dalam sel hidup. ATP ditemukan di semua sel tumbuhan dan hewan. Jumlah ATP rata-rata 0,04% (dari berat basah sel), jumlah ATP terbesar (0,2-0,5%) ditemukan di otot rangka.

ATP terdiri dari residu: 1) basa nitrogen (adenin), 2) monosakarida (ribosa), 3) tiga asam fosfat. Karena ATP tidak hanya mengandung satu, tetapi tiga residu asam fosfat, maka ATP termasuk dalam ribonukleosida trifosfat.

Sebagian besar pekerjaan yang terjadi di dalam sel menggunakan energi hidrolisis ATP. Dalam hal ini, ketika residu terminal asam fosfat dihilangkan, ATP berubah menjadi ADP (asam adenosin difosfat), dan ketika residu asam fosfat kedua dihilangkan, ia berubah menjadi AMP (asam adenosin monofosfat). Hasil energi bebas setelah eliminasi residu asam fosfat terminal dan kedua adalah 30,6 kJ. Penghapusan gugus fosfat ketiga disertai dengan pelepasan hanya 13,8 kJ. Ikatan antara terminal dan residu asam fosfat kedua, kedua dan pertama disebut energi tinggi (high-energy).

Cadangan ATP terus diisi ulang. Dalam sel semua organisme, sintesis ATP terjadi dalam proses fosforilasi, yaitu. penambahan asam fosfat ke ADP. Fosforilasi terjadi dengan intensitas yang bervariasi selama respirasi (mitokondria), glikolisis (sitoplasma), dan fotosintesis (kloroplas).

ATP merupakan penghubung utama antara proses yang disertai pelepasan dan akumulasi energi, dan proses yang terjadi dengan pengeluaran energi. Selain itu, ATP, bersama dengan ribonukleosida trifosfat lainnya (GTP, CTP, UTP), merupakan substrat untuk sintesis RNA.

Kuliah 4. Asam nukleat. ATPAsam nukleat. KE

Beras. . struktur DNA

Asam nukleat termasuk senyawa polimer tinggi yang terurai selama hidrolisis menjadi basa nitrogen purin dan pirimidin, pentosa dan asam fosfat. Asam nukleat mengandung karbon, hidrogen, fosfor, oksigen dan nitrogen. Ada dua kelas asam nukleat: asam ribonukleat (RNA) dan asam deoksiribonukleat (DNA). Struktur dan fungsi DNA. molekul DNA - heteropolimer, yang monomernya adalah deoksiribonukleotida. Model struktur spasial molekul DNA berbentuk heliks ganda diusulkan pada tahun 1953 oleh J. Watson dan F. Crick (Penghargaan Nobel), untuk membangun model ini mereka menggunakan karya M. Wilkins, R. Franklin , E.Chargaff. Molekul DNA dibentuk oleh dua rantai polinukleotida, yang dipilin secara heliks satu sama lain, dan bersama-sama mengelilingi sumbu imajiner, yaitu. adalah heliks ganda (dengan pengecualian beberapa virus yang mengandung DNA memiliki DNA beruntai tunggal). Diameter heliks ganda DNA adalah 2 nm, jarak antara nukleotida yang berdekatan adalah 0,34 nm, dan terdapat 10 pasangan nukleotida per putaran heliks. Panjang molekulnya bisa mencapai beberapa sentimeter. Berat molekul – puluhan dan ratusan juta. Panjang total DNA dalam inti sel manusia adalah sekitar 2 m. Pada sel eukariotik, DNA membentuk kompleks dengan protein dan memiliki konformasi spasial tertentu. Monomer DNA – nukleotida (deoksiribonukleotida)– terdiri dari residu tiga zat: 1) basa nitrogen, 2) monosakarida lima karbon (deoksiribosa) dan 3) asam fosfat. Basa nitrogen dari asam nukleat termasuk dalam golongan pirimidin dan purin. Basa DNA pirimidin (memiliki satu cincin dalam molekulnya) - timin, sitosin. Basa purin (memiliki dua cincin) adalah adenin dan guanin. TENTANG

Beras. . Pembentukan nukleotida DNA

Pembentukan nukleotida terjadi dalam dua tahap. Pada tahap pertama, sebagai akibat dari reaksi kondensasi, nukleosida– kompleks basa nitrogen dengan gula. Pada tahap kedua, nukleosida mengalami fosforilasi. Dalam hal ini, terjadi ikatan fosfoester antara residu gula dan asam fosfat. Jadi, nukleotida adalah nukleosida yang terikat pada residu asam fosfat (Gbr.). Nama nukleotida diambil dari nama basa yang bersangkutan. Nukleotida dan basa nitrogen ditandai dengan huruf kapital.

Beras. . DNA

Ada dua ikatan hidrogen antara adenin dan timin, dan tiga ikatan hidrogen antara guanin dan sitosin. Pola yang dengannya nukleotida dari rantai DNA yang berbeda disusun secara teratur (adenin - timin, guanin - sitosin) dan bergabung secara selektif satu sama lain disebut prinsip saling melengkapi.. Perlu dicatat bahwa J. Watson dan F. Crick mulai memahami prinsip saling melengkapi setelah membiasakan diri dengan karya-karya E. Chargaff. E

Beras. . Pasangan basa nitrogen.

Chargaff, setelah mempelajari sejumlah besar sampel jaringan dan organ berbagai organisme, menemukan bahwa dalam setiap fragmen DNA, kandungan residu guanin selalu sama persis dengan kandungan sitosin, dan adenin dengan timin (“aturan Chargaff”), tetapi dia tidak dapat menjelaskan fakta ini. Posisi ini disebut “aturan Chargaff”: A + GA = T; G = C atau --- = 1 C + T Dari prinsip saling melengkapi maka urutan nukleotida suatu rantai menentukan urutan nukleotida rantai DNA lainnya antiparalel(multiarah), yaitu nukleotida dari rantai yang berbeda terletak pada arah yang berlawanan, dan oleh karena itu, di seberang ujung 3" dari satu rantai terdapat ujung 5" dari rantai lainnya. Molekul DNA terkadang disamakan dengan tangga spiral. “Pagar” tangga ini adalah tulang punggung gula-fosfat (residu deoksiribosa dan asam fosfat bergantian); “langkah” adalah basa nitrogen komplementer. Fungsi DNA adalah penyimpanan informasi herediter. penggandaan DNA.Replikasi DNA– proses penggandaan diri, sifat utama molekul DNA. Replikasi termasuk dalam kategori reaksi sintesis matriks dan terjadi dengan partisipasi enzim. Di bawah aksi enzim, molekul DNA terlepas dan rantai baru dibangun di sekitar setiap rantai, bertindak sebagai templat, sesuai dengan prinsip saling melengkapi dan antiparalelisme. Jadi, dalam setiap DNA anak, satu untai adalah untai induk, dan untai kedua baru disintesis; metode sintesis ini disebut semi-konservatif.“Bahan bangunan” dan sumber energi untuk replikasi adalah deoksiribonukleosida trifosfat (ATP, TTP, GTP, CTP), yang mengandung tiga residu asam fosfat. Ketika deoksiribonukleosida trifosfat dimasukkan dalam rantai polinukleotida, dua residu asam fosfat terminal dipecah, dan energi yang dilepaskan digunakan untuk membentuk ikatan fosfodiester antara nukleotida B

Gambar. Replikasi DNA.

Enzim-enzim berikut mengambil bagian dalam replikasi: 1) helikase (“melepaskan” DNA); 2) protein yang tidak stabil; 3) DNA topoisomerase (memotong DNA); 4) DNA polimerase (pilih deoksiribonukleosida trifosfat dan secara komplementer menempelkannya ke untai cetakan DNA); 5) RNA primase (membentuk primer RNA, primer); 6) DNA ligase (menghubungkan fragmen DNA). Dengan bantuan helikase, DNA diurai di area tertentu, bagian DNA untai tunggal diikat oleh protein yang tidak stabil, dan garpu replikasi terbentuk. Dengan perbedaan 10 pasangan nukleotida (satu putaran heliks), molekul DNA harus melakukan revolusi penuh pada porosnya. Untuk mencegah rotasi ini, DNA topoisomerase memotong satu untai DNA, sehingga memungkinkannya berputar di sekitar untai kedua. DNA polimerase hanya dapat menempelkan nukleotida pada karbon 3" deoksiribosa nukleotida sebelumnya, oleh karena itu enzim ini mampu bergerak sepanjang DNA cetakan hanya dalam satu arah: dari ujung 3" ke ujung 5" DNA cetakan ini . Karena rantai dalam DNA induk bersifat antiparalel , maka pada rantai yang berbeda, perakitan rantai polinukleotida anak terjadi secara berbeda dan dalam arah yang berlawanan. Pada rantai “3"-5", sintesis rantai polinukleotida anak berlangsung tanpa gangguan. rantai anak perempuan ini akan dipanggil terkemuka. Pada rantai “5"-3"” – sesekali, dalam pecahan ( pecahan Okazaki), yang, setelah replikasi selesai, dijahit menjadi satu untai oleh ligase DNA; rantai anak ini akan dipanggil tertinggal(tertinggal). Ciri khas DNA polimerase adalah ia dapat mulai bekerja hanya dengan “benih” (primer). Peran primer dilakukan oleh urutan RNA pendek yang dibentuk oleh enzim Primase RNA dan dipasangkan dengan DNA templat. Setelah perakitan rantai polinukleotida selesai, primer RNA dihilangkan dan diganti dengan nukleotida DNA oleh DNA polimerase lain. Laju sintesis DNA pada prokariota jauh lebih tinggi (1000 nukleotida per detik) dibandingkan pada eukariota (100 nukleotida per detik). Replikasi dimulai secara bersamaan di beberapa bagian molekul DNA yang memiliki urutan nukleotida tertentu dan disebut asal(Asal bahasa Inggris - awal). Sebuah fragmen DNA dari satu asal replikasi ke asal replikasi lainnya membentuk unit replikasi - replika.

Beras. . Enzim replikasi DNA:

1 – heliks; 2 – protein yang mengganggu kestabilan; 3 – untai DNA terdepan; 4 - sintesis fragmen Okazaki; 5 – primer digantikan oleh nukleotida DNA dan fragmennya dijahit menjadi satu dengan ligase; 6 – DNA polimerase; 7 – RNA primase, mensintesis RNA primer; 8 – primer RNA; 9 – Fragmen Okazaki; 10 – ligase yang menghubungkan fragmen Okazaki; 11 – topoisomer, memotong salah satu rantai DNA.
R

Beras. Replika DNA

Replikasi terjadi sebelum pembelahan sel. Berkat kemampuan DNA ini, informasi herediter ditransmisikan dari sel induk ke sel anak. Memperbaiki(“perbaikan”) adalah proses menghilangkan kerusakan pada urutan nukleotida DNA. Hal ini dilakukan oleh sistem enzim khusus sel (enzim perbaikan). Dalam proses pemulihan struktur DNA, tahapan berikut dapat dibedakan: 1) nuklease perbaikan DNA mengenali dan menghilangkan area yang rusak, akibatnya terbentuk celah pada rantai DNA; 2) DNA polimerase mengisi celah ini dengan menyalin informasi dari untai kedua (“baik”); 3) nukleotida “ikatan silang” DNA ligase, menyelesaikan perbaikan.

Beras. . struktur RNA

Beras. . tRNA

Ada tiga jenis RNA: 1) RNA informasi (pembawa pesan) - mRNA (mRNA), 2) RNA transpor - tRNA, 3) RNA ribosom - rRNA. Semua jenis RNA merupakan polinukleotida tidak bercabang, memiliki konformasi spasial tertentu dan berperan dalam proses sintesis protein. Informasi tentang struktur semua jenis RNA disimpan dalam DNA. Proses sintesis RNA pada cetakan DNA disebut transkripsi. Transfer RNA– biasanya mengandung 76 hingga 85 nukleotida; berat molekul – 25.000-30.000. tRNA menyumbang sekitar 10% dari total kandungan RNA dalam sel. tRNA bertanggung jawab untuk mengangkut asam amino ke tempat sintesis protein, ke ribosom. Ada sekitar 30 jenis tRNA yang ditemukan dalam sebuah sel, masing-masing memiliki urutan nukleotida yang unik. Namun, semua tRNA memiliki beberapa daerah komplementer intramolekul, sehingga tRNA memperoleh konformasi yang menyerupai bentuk daun semanggi. Molekul tRNA adalah polinukleotida tidak bercabang, struktur utamanya adalah urutan nukleotida, struktur sekundernya adalah formasi. loop karena pasangan nukleotida komplementer, dan tersier – pembentukan struktur kompak karena interaksi bagian spiral dari struktur sekunder. Setiap tRNA mempunyai loop untuk kontak dengan ribosom, loop antikodon dengan antikodon, loop untuk kontak dengan enzim, dan batang akseptor. Asam amino melekat pada ujung 3" batang akseptor. Antikodon adalah tiga nukleotida yang “mengidentifikasi” kodon mRNA. Perlu ditekankan bahwa tRNA spesifik dapat mengangkut asam amino yang ditentukan secara ketat sesuai dengan antikodonnya. Spesifisitasnya hubungan antara asam amino dan tRNA dicapai karena sifat enzim aminoasil-tRNA -sintetase". RNA ribosom– mengandung 3.000-5.000 nukleotida. rRNA menyumbang 80-85% dari total konten RNA dalam sel. Dalam kompleks dengan protein ribosom, rRNA membentuk ribosom - organel yang melakukan sintesis protein. Pada sel eukariotik, sintesis rRNA terjadi di nukleolus. RNA Messenger bervariasi dalam kandungan nukleotida dan berat molekul (hingga 30.000 nukleotida). mRNA menyumbang hingga 5% dari total konten RNA dalam sel. Fungsi mRNA - transfer informasi genetik dari DNA ke ribosom; matriks untuk sintesis molekul protein; penentuan urutan asam amino dari struktur primer molekul protein. ATP, NAD + , NADP + , mode.Asam adenosin trifosfat (ATP) adalah sumber universal dan akumulator energi utama dalam sel hidup. ATP ditemukan di semua sel tumbuhan dan hewan. Jumlah ATP rata-rata 0,04% (dari berat basah sel), jumlah ATP terbesar (0,2-0,5%) terdapat pada otot rangka. Di dalam sel, molekul ATP digunakan dalam waktu satu menit setelah pembentukannya. Pada manusia, sejumlah ATP yang setara dengan berat badan diproduksi dan dimusnahkan setiap 24 jam.ATP adalah mononukleotida yang terdiri dari residu basa nitrogen (adenin), ribosa dan tiga residu asam fosfat. Karena ATP tidak hanya mengandung satu, tetapi tiga residu asam fosfat, maka ATP termasuk dalam ribonukleosida trifosfat.Untuk sebagian besar jenis pekerjaan yang terjadi di dalam sel, energi hidrolisis ATP digunakan. Dalam hal ini, ketika residu terminal asam fosfat dihilangkan, ATP berubah menjadi ADP (asam adenosin difosfat), dan ketika residu asam fosfat kedua dihilangkan, ia berubah menjadi AMP (asam adenosin monofosfat). Hasil energi bebas pada eliminasi residu asam fosfat terminal dan kedua adalah sekitar 30,6 kJ/mol. Penghapusan gugus fosfat ketiga disertai dengan pelepasan hanya 13,8 kJ/mol. Ikatan antara terminal dan residu asam fosfat kedua, kedua dan pertama disebut makroergik(energi tinggi). Cadangan ATP terus diisi ulang. Di dalam sel semua organisme, sintesis ATP terjadi dalam prosesnya fosforilasi, yaitu penambahan asam fosfat ke ADF. Fosforilasi terjadi dengan intensitas yang bervariasi selama respirasi (mitokondria), glikolisis (sitoplasma), dan fotosintesis (kloroplas).

Beras. Hidrolisis ATP

Beras. . Struktur molekul dinukleotida NAD+ dan NADP+.

A – penambahan gugus fosfat ke residu ribosa dalam molekul NAD. B – penambahan dua elektron dan satu proton (anion H -) pada NAD +.

Koneksi nukleotida DNA menjadi satu rantai.

Koneksi rantai polinukleotida DNA satu sama lain.

Dimensi DNA: panjang, diameter, panjang satu putaran, jarak antar nukleotida.

Aturan Chargaff, pentingnya karya D. Watson dan F. Crick.

Replikasi DNA. Enzim yang menjamin replikasi: helikase, topoisomerase, primase, DNA polimerase; ligase

Struktur RNA.

Jenis RNA, jumlah, ukuran dan fungsinya.

Karakteristik ATP.

Ciri-ciri NAD+, NADP+, FAD.

Kelanjutan. Lihat No. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Pelajaran biologi di kelas sains

Perencanaan lanjutan, kelas 10

Pelajaran 19. Struktur kimia dan peran biologis ATP

Peralatan: tabel biologi umum, diagram struktur molekul ATP, diagram hubungan metabolisme plastik dan energi.

I. Uji pengetahuan

Melakukan dikte biologis “Senyawa organik makhluk hidup”

Guru membacakan abstrak di bawah angka, siswa menuliskan di buku catatannya nomor-nomor abstrak yang sesuai dengan isi versinya.

Opsi 1 – protein.
Opsi 2 – karbohidrat.
Opsi 3 – lipid.
Opsi 4 – asam nukleat.

1. Dalam bentuknya yang murni hanya terdiri dari atom C, H, O.

2. Selain atom C, H, O, juga mengandung atom N dan biasanya S.

3. Selain atom C, H, O juga mengandung atom N dan P.

4. Mereka memiliki berat molekul yang relatif kecil.

5. Berat molekul bisa dari ribuan hingga beberapa puluh dan ratusan ribu dalton.

6. Senyawa organik terbesar dengan berat molekul hingga beberapa puluh dan ratusan juta dalton.

7. Mereka memiliki berat molekul yang berbeda - dari sangat kecil hingga sangat tinggi, tergantung pada apakah zat tersebut merupakan monomer atau polimer.

8. Terdiri dari monosakarida.

9. Terdiri dari asam amino.

10. Terdiri dari nukleotida.

11. Merupakan ester dari asam lemak yang lebih tinggi.

12. Unit struktural dasar: “residu basa nitrogen – pentosa – asam fosfat.”

13. Unit struktur dasar: “asam amino”.

14. Unit struktural dasar: “monosakarida”.

15. Unit struktur dasar: “gliserol-asam lemak”.

16. Molekul polimer dibangun dari monomer yang identik.

17. Molekul polimer dibuat dari monomer yang serupa, tetapi tidak persis sama.

18. Mereka bukan polimer.

19. Mereka menjalankan fungsi energi, konstruksi dan penyimpanan hampir secara eksklusif, dan dalam beberapa kasus – fungsi pelindung.

20. Selain energi dan konstruksi, mereka melakukan fungsi katalitik, sinyal, transportasi, motorik dan pelindung;

21. Mereka menyimpan dan mewariskan sifat-sifat turun-temurun dari sel dan organisme.

Pilihan 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
pilihan 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
Pilihan 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
Pilihan 4– 3; 6; 10; 12; 17; 21.

II. Mempelajari materi baru

1. Struktur asam adenosin trifosfat

Selain protein, asam nukleat, lemak dan karbohidrat, sejumlah besar senyawa organik lainnya disintesis dalam makhluk hidup. Diantaranya, peran penting dimainkan dalam bioenergi sel. asam adenosin trifosfat (ATP). ATP ditemukan di semua sel tumbuhan dan hewan. Di dalam sel, asam adenosin trifosfat paling sering hadir dalam bentuk garam yang disebut adenosin trifosfat. Jumlah ATP berfluktuasi dan rata-rata 0,04% (rata-rata terdapat sekitar 1 miliar molekul ATP dalam satu sel). Jumlah ATP terbesar terkandung dalam otot rangka (0,2-0,5%).

Molekul ATP terdiri dari basa nitrogen - adenin, pentosa - ribosa dan tiga residu asam fosfat, yaitu. ATP adalah nukleotida adenil khusus. Tidak seperti nukleotida lainnya, ATP tidak hanya mengandung satu, tetapi tiga residu asam fosfat. ATP mengacu pada zat makroergik - zat yang mengandung sejumlah besar energi dalam ikatannya.

Model spasial (A) dan rumus struktur (B) molekul ATP

Residu asam fosfat dipecah dari ATP di bawah aksi enzim ATPase. ATP mempunyai kecenderungan kuat untuk melepaskan gugus fosfat terminalnya:

ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30,5 kJ + Fn,

Karena hal ini menyebabkan hilangnya tolakan elektrostatis yang tidak menguntungkan secara energetik antara muatan negatif yang berdekatan. Fosfat yang dihasilkan distabilkan karena pembentukan ikatan hidrogen yang menguntungkan secara energi dengan air. Distribusi muatan pada sistem ADP + Fn menjadi lebih stabil dibandingkan pada ATP. Reaksi ini melepaskan 30,5 kJ (pemutusan ikatan kovalen normal melepaskan 12 kJ).

Untuk menekankan “biaya” energi yang tinggi dari ikatan fosfor-oksigen dalam ATP, biasanya dilambangkan dengan tanda ~ dan disebut ikatan makroenergi. Ketika satu molekul asam fosfat dihilangkan, ATP diubah menjadi ADP (asam adenosin difosfat), dan jika dua molekul asam fosfat dihilangkan, ATP diubah menjadi AMP (asam adenosin monofosfat). Pembelahan fosfat ketiga hanya disertai dengan pelepasan 13,8 kJ, sehingga hanya ada dua ikatan energi tinggi yang sebenarnya dalam molekul ATP.

2. Pembentukan ATP di dalam sel

Persediaan ATP dalam sel sedikit. Misalnya, cadangan ATP di otot cukup untuk 20-30 kontraksi. Tapi otot bisa bekerja berjam-jam dan menghasilkan ribuan kontraksi. Oleh karena itu, seiring dengan pemecahan ATP menjadi ADP, sintesis balik harus terus terjadi di dalam sel. Ada beberapa jalur untuk sintesis ATP dalam sel. Mari kita mengenal mereka.

1. Fosforilasi anaerobik. Fosforilasi adalah proses sintesis ATP dari ADP dan fosfat dengan berat molekul rendah (Pn). Dalam hal ini, kita berbicara tentang proses oksidasi zat organik bebas oksigen (misalnya, glikolisis adalah proses oksidasi glukosa bebas oksigen menjadi asam piruvat). Sekitar 40% energi yang dilepaskan selama proses ini (sekitar 200 kJ/mol glukosa) digunakan untuk sintesis ATP, dan sisanya dibuang sebagai panas:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Pn ––> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

2. Fosforilasi oksidatif adalah proses sintesis ATP menggunakan energi oksidasi zat organik dengan oksigen. Proses ini ditemukan pada awal tahun 1930-an. abad XX V.A. Engelhardt. Proses oksigen oksidasi zat organik terjadi di mitokondria. Sekitar 55% energi yang dilepaskan dalam kasus ini (sekitar 2600 kJ/mol glukosa) diubah menjadi energi ikatan kimia ATP, dan 45% dihamburkan sebagai panas.

Fosforilasi oksidatif jauh lebih efektif daripada sintesis anaerobik: jika selama proses glikolisis, hanya 2 molekul ATP yang disintesis selama pemecahan molekul glukosa, maka 36 molekul ATP terbentuk selama fosforilasi oksidatif.

3. Fotofosforilasi– proses sintesis ATP menggunakan energi sinar matahari. Jalur sintesis ATP ini hanya merupakan karakteristik sel yang mampu melakukan fotosintesis (tumbuhan hijau, cyanobacteria). Energi kuanta cahaya matahari digunakan oleh fotosintesis selama fase cahaya fotosintesis untuk sintesis ATP.

3. Signifikansi biologis ATP

ATP merupakan pusat proses metabolisme dalam sel, menjadi penghubung antara reaksi sintesis biologis dan pembusukan. Peran ATP dalam sel dapat disamakan dengan peran baterai, karena selama hidrolisis ATP, energi yang diperlukan untuk berbagai proses vital dilepaskan (“pengosongan”), dan dalam proses fosforilasi (“pengisian”) ATP kembali mengumpulkan energi.

Karena energi yang dilepaskan selama hidrolisis ATP, hampir semua proses vital dalam sel dan tubuh terjadi: transmisi impuls saraf, biosintesis zat, kontraksi otot, pengangkutan zat, dll.

AKU AKU AKU. Konsolidasi pengetahuan

Memecahkan masalah biologis

Tugas 1. Saat kita berlari cepat, kita bernapas dengan cepat, dan terjadi peningkatan keringat. Jelaskan fenomena ini.

Masalah 2. Mengapa orang yang kedinginan mulai menginjak-injak dan melompat dalam cuaca dingin?

Tugas 3. Dalam karya terkenal I. Ilf dan E. Petrov “Dua Belas Kursi”, di antara banyak tip berguna kita dapat menemukan yang berikut: “Tarik napas dalam-dalam, Anda bersemangat.” Cobalah untuk membenarkan nasihat ini dari sudut pandang proses energi yang terjadi di dalam tubuh.

IV. Pekerjaan rumah

Mulailah mempersiapkan ujian dan ujian (mendiktekan soal ujian - lihat pelajaran 21).

Pelajaran 20. Generalisasi pengetahuan di bagian “Organisasi kimia kehidupan”

Peralatan: tabel tentang biologi umum.

I. Generalisasi pengetahuan bagian tersebut

Siswa mengerjakan soal (secara individu) dilanjutkan dengan pengecekan dan diskusi

1. Berikan contoh senyawa organik yang meliputi karbon, belerang, fosfor, nitrogen, besi, mangan.

2. Bagaimana cara membedakan sel hidup dan sel mati berdasarkan komposisi ioniknya?

3. Zat apa saja yang terdapat di dalam sel dalam bentuk tidak larut? Organ dan jaringan apa yang dikandungnya?

4. Berikan contoh unsur makro yang termasuk dalam situs aktif enzim.

5. Hormon apa yang mengandung unsur mikro?

6. Apa peranan halogen dalam tubuh manusia?

7. Apa perbedaan protein dengan polimer buatan?

8. Apa perbedaan peptida dengan protein?

9. Apa nama protein penyusun hemoglobin? Terdiri dari berapa subunit?

10. Apa itu ribonuklease? Berapa banyak asam amino yang dikandungnya? Kapan itu disintesis secara artifisial?

11. Mengapa laju reaksi kimia tanpa enzim rendah?

12. Zat apa saja yang diangkut oleh protein melintasi membran sel?

13. Apa perbedaan antibodi dengan antigen? Apakah vaksin mengandung antibodi?

14. Zat apa yang dipecah protein di dalam tubuh? Berapa banyak energi yang dilepaskan? Di mana dan bagaimana amonia dinetralkan?

15. Berikan contoh hormon peptida: bagaimana keterlibatannya dalam pengaturan metabolisme sel?

16. Bagaimana struktur gula yang kita minum teh? Apa tiga sinonim lain untuk zat ini yang Anda ketahui?

17. Mengapa lemak pada susu tidak terkumpul di permukaan, melainkan berbentuk suspensi?

18. Berapa massa DNA dalam inti sel somatik dan sel germinal?

19. Berapa banyak ATP yang digunakan seseorang per hari?

20. Protein apa yang digunakan manusia untuk membuat pakaian?

Struktur utama ribonuklease pankreas (124 asam amino)

II. Pekerjaan rumah.

Lanjutkan persiapan ujian dan ujian di bagian “Organisasi kimiawi kehidupan”.

Pelajaran 21. Pelajaran tes pada bagian “Organisasi kimia kehidupan”

I. Melaksanakan tes lisan atas soal-soal

1. Komposisi dasar sel.

2. Ciri-ciri unsur organogenik.

3. Struktur molekul air. Ikatan hidrogen dan signifikansinya dalam “kimia” kehidupan.

4. Sifat dan fungsi biologis air.

5. Zat hidrofilik dan hidrofobik.

6. Kation dan signifikansi biologisnya.

7. Anion dan signifikansi biologisnya.

8. Polimer. Polimer biologis. Perbedaan antara polimer periodik dan non-periodik.

9. Sifat lipid, fungsi biologisnya.

10. Kelompok karbohidrat, dibedakan berdasarkan ciri strukturnya.

11. Fungsi biologis karbohidrat.

12. Komposisi dasar protein. Asam amino. Pembentukan peptida.

13. Struktur protein primer, sekunder, tersier dan kuaterner.

14. Fungsi biologis protein.

15. Perbedaan enzim dan katalis nonbiologis.

16. Struktur enzim. Koenzim.

17. Mekanisme kerja enzim.

18. Asam nukleat. Nukleotida dan strukturnya. Pembentukan polinukleotida.

19. Aturan E. Chargaff. Prinsip saling melengkapi.

20. Pembentukan molekul DNA untai ganda dan spiralisasinya.

21. Kelas RNA seluler dan fungsinya.

22. Perbedaan DNA dan RNA.

23. Replikasi DNA. Transkripsi.

24. Struktur dan peran biologis ATP.

25. Pembentukan ATP di dalam sel.

II. Pekerjaan rumah

Lanjutkan persiapan ujian di bagian “Organisasi kimia kehidupan”.

Pelajaran 22. Pelajaran tes pada bagian “Organisasi kimia kehidupan”

I. Melaksanakan tes tertulis

Pilihan 1

1. Ada tiga jenis asam amino - A, B, C. Berapa banyak varian rantai polipeptida yang terdiri dari lima asam amino yang dapat dibuat. Harap tunjukkan opsi ini. Akankah polipeptida ini memiliki sifat yang sama? Mengapa?

2. Semua makhluk hidup sebagian besar terdiri dari senyawa karbon, dan analog karbonnya, silikon, yang kandungannya di kerak bumi 300 kali lebih besar daripada karbon, hanya ditemukan pada sedikit organisme. Jelaskan fakta ini dari segi struktur dan sifat atom unsur-unsur tersebut.

3. Molekul ATP yang diberi label radioaktif 32P pada residu asam fosfat ketiga yang terakhir dimasukkan ke dalam satu sel, dan molekul ATP yang diberi label 32P pada residu pertama yang paling dekat dengan ribosa dimasukkan ke dalam sel lainnya. Setelah 5 menit, kandungan ion fosfat anorganik berlabel 32P diukur di kedua sel. Di manakah angkanya akan jauh lebih tinggi?

4. Penelitian menunjukkan bahwa 34% dari total jumlah nukleotida mRNA ini adalah guanin, 18% adalah urasil, 28% adalah sitosin, dan 20% adalah adenin. Tentukan persentase komposisi basa nitrogen DNA untai ganda, yang salinannya adalah mRNA yang ditunjukkan.

pilihan 2

1. Lemak merupakan “cadangan pertama” dalam metabolisme energi dan digunakan ketika cadangan karbohidrat habis. Namun, pada otot rangka, dengan adanya glukosa dan asam lemak, asam lemak digunakan lebih banyak. Protein selalu digunakan sebagai sumber energi hanya sebagai upaya terakhir, saat tubuh sedang kelaparan. Jelaskan fakta-fakta ini.

2. Ion logam berat (merkuri, timbal, dll) dan arsenik mudah diikat oleh gugus protein sulfida. Mengetahui sifat-sifat sulfida logam-logam tersebut, jelaskan apa yang akan terjadi pada protein jika digabungkan dengan logam-logam tersebut. Mengapa logam berat bersifat racun bagi tubuh?

3. Pada reaksi oksidasi zat A menjadi zat B, energi yang dilepaskan sebesar 60 kJ. Berapa banyak molekul ATP yang dapat disintesis secara maksimal pada reaksi ini? Bagaimana sisa energinya akan digunakan?

4. Penelitian menunjukkan bahwa 27% dari total jumlah nukleotida mRNA ini adalah guanin, 15% adalah urasil, 18% adalah sitosin, dan 40% adalah adenin. Tentukan persentase komposisi basa nitrogen DNA untai ganda, yang salinannya adalah mRNA yang ditunjukkan.

Bersambung