Nukleiinihapot luonnollisina polymeereinä kemia. Biopolymeerit
Oppitunnin tyyppi - yhdistetty
Menetelmät: osittain haku, ongelman esittely, selittävä ja havainnollinen.
Kohde:
Opiskelijoiden kokonaisvaltaisen tietojärjestelmän muodostuminen elävästä luonnosta, sen systeemisestä organisoinnista ja evoluutiosta;
Kyky antaa perusteltu arvio uudesta tiedosta biologisista asioista;
Kansalaisvastuun, itsenäisyyden ja aloitteellisuuden edistäminen
Tehtävät:
Koulutuksellinen: biologisista systeemeistä (solu, organismi, laji, ekosysteemi); nykyaikaisten käsitysten kehityksen historia elävästä luonnosta; erinomaiset löydöt biologian alalla; biologian rooli nykyaikaisen luonnontieteellisen maailmankuvan muodostumisessa; tieteellisen tiedon menetelmät;
Kehitys luovat kyvyt tutkittaessa biologian erinomaisia saavutuksia, jotka ovat tulleet universaaliin ihmiskulttuuriin; monimutkaisia ja ristiriitaisia tapoja kehittää nykyaikaisia tieteellisiä näkemyksiä, ideoita, teorioita, käsitteitä, erilaisia hypoteeseja (elämän olemuksesta ja alkuperästä, ihmisestä) työskennellessään eri tietolähteiden kanssa;
Kasvatus vakaumus mahdollisuudesta tuntea elävä luonto, tarve huolehtia luonnonympäristöstä ja omasta terveydestä; vastustajan mielipiteen kunnioittaminen keskusteltaessa biologisista ongelmista
Omat tulokset biologian opiskelusta:
1. venäläisen kansalaisidentiteetin kasvatus: isänmaallisuus, rakkaus ja kunnioitus isänmaata kohtaan, ylpeyden tunne omasta isänmaasta; tietoisuus etnisestä alkuperästään; monikansallisen venäläisen yhteiskunnan humanististen ja perinteisten arvojen assimilaatio; kasvattaa vastuuntuntoa ja velvollisuutta isänmaata kohtaan;
2. vastuullisen asenteen muodostuminen oppimista kohtaan, opiskelijoiden valmius ja kyky oppimismotivaatioon ja tietoon perustuvaan itsensä kehittämiseen ja kouluttautumiseen, tietoinen valinta ja yksilöllisen jatkokoulutuspolun rakentaminen, joka perustuu oppimisen maailmaan suuntautumiseen. ammatit ja ammatilliset mieltymykset kestävät kognitiiviset intressit huomioon ottaen;
Biologian opetuksen meta-ainetuloksia:
1. kyky itsenäisesti määrittää oman oppimisen tavoitteet, asettaa ja muotoilla itselleen uusia tavoitteita oppimisessa ja kognitiivisessa toiminnassa, kehittää kognitiivisen toiminnan motiiveja ja kiinnostuksen kohteita;
2. tutkimus- ja projektitoiminnan komponenttien hallinta, mukaan lukien kyky nähdä ongelma, esittää kysymyksiä, esittää hypoteeseja;
3. kyky työskennellä erilaisten biologisen tiedon lähteiden kanssa: löytää biologista tietoa eri lähteistä (oppikirjateksti, suosittu tieteellinen kirjallisuus, biologiset sanakirjat ja hakuteokset), analysoida ja
arvioida tietoja;
Kognitiivinen: biologisten kohteiden ja prosessien olennaisten piirteiden tunnistaminen; todisteiden (argumenttien) tarjoaminen ihmisten ja nisäkkäiden välisestä suhteesta; ihmisten ja ympäristön väliset suhteet; ihmisten terveyden riippuvuus ympäristön tilasta; tarve suojella ympäristöä; biologian menetelmien hallitseminen: biologisten kohteiden ja prosessien havainnointi ja kuvaus; biologisten kokeiden perustaminen ja niiden tulosten selittäminen.
Sääntely: kyky itsenäisesti suunnitella tapoja saavuttaa tavoitteet, mukaan lukien vaihtoehtoiset, valita tietoisesti tehokkaimmat tavat kasvatus- ja kognitiivisten ongelmien ratkaisemiseksi; kyky järjestää koulutusyhteistyötä ja yhteistoimintaa opettajan ja vertaisten kanssa; työskennellä yksin ja ryhmässä: löytää yhteinen ratkaisu ja ratkaista ristiriitoja koordinoimalla kantoja ja huomioimalla intressit; tieto- ja viestintätekniikan käyttöalan osaamisen (jäljempänä ICT-osaaminen) muodostuminen ja kehittäminen.
Kommunikaatiokykyinen: kommunikatiivisen kompetenssin muodostuminen kommunikaatiossa ja yhteistyössä ikätovereiden kanssa, sukupuolisosialisaatioon liittyvien piirteiden ymmärtäminen teini-iässä, sosiaalisesti hyödyllinen, kasvatuksellinen ja tutkimus, luova ja muun tyyppinen toiminta.
Teknologiat : Terveyden säilyttäminen, ongelmalähtöinen, kehittävä koulutus, ryhmätoiminta
Tekniikat: analyysi, synteesi, päättely, tiedon muuntaminen tyypistä toiseen, yleistäminen.
Tuntien aikana
Tehtävät
Muodostaa tietoa nukleiinihappojen erityisestä roolista elävässä luonnossa - perinnöllisen tiedon varastoinnissa ja välittämisessä.
Kuvaile nukleiinihappomolekyylien rakenteellisia piirteitä biopolymeereinä; näiden yhdisteiden paikallistaminen soluun
Paljasta DNA:n kaksinkertaistumisen mekanismi, tämän mekanismin rooli perinnöllisen tiedon välittämisessä.
Kehitä kykyä kuvata kaavamaisesti DNA-kaksoisprosessia.
Perussäännökset
Prebiologisen evoluution tärkein tapahtuma on geneettisen koodin syntyminen RNA-kodonisekvenssin muodossa ja sitten DNA, joka osoittautui kykeneväksi tallentamaan tietoa proteiinimolekyylien menestyneimmistä aminohappoyhdistelmistä.
Ensimmäisten solumuotojen ilmestyminen merkitsi biologisen evoluution alkua, jonka alkuvaiheille oli ominaista eukaryoottisten organismien ilmestyminen, seksuaalinen prosessi ja ensimmäisten monisoluisten organismien ilmaantuminen.
Nukleiinihapot sijaitsevat pääasiassa solun ytimessä.
Deoksiribonukleiinihappo * polaarinen lineaarinen polymeeri, joka koostuu polynukleotidiketjuista.
Perinnöllinen tieto zak, DNA-nukleotidisekvenssit
DNA:n reduplikaatio tarjoaa perinnöllistä tietoa sukupolvelta toiselle.
Keskustelun aiheita
Mikä on kaksijuosteisten DNA-molekyylien biologinen rooli, jotka toimivat perinnöllisen tiedon säilyttäjinä?
Mikä prosessi perustuu perinnöllisen tiedon siirtymiseen sukupolvelta toiselle? ytimestä sytoplasmaan proteiinisynteesikohtaan?
Biopolymeerit. Nukleiinihapot
Nukleiinihappojen tyypit. Soluissa on kahdenlaisia nukleiinihappoja: deoksiribonukleiinihappo (DNA) ja ribonukleiinihappo (RNA). Nämä biopolymeerit koostuvat monomeereistä, joita kutsutaan nukleotideiksi. DNA:n ja RNA:n nukleotidimonomeerit ovat rakenteeltaan perusominaisuuksiltaan samanlaisia. Jokainen nukleotidi koostuu kolmesta komponentista, jotka on yhdistetty vahvoilla kemiallisilla sidoksilla.
Jokainen RNA:n muodostava nukleotidi sisältää viiden hiilen sokerin - riboosin; yksi neljästä orgaanisesta yhdisteestä, joita kutsutaan typpipitoisiksi emäksiksi - adeniini, guaniini, sytosiini, urasiili (A, G, C, U); fosforihappojäännös.
DNA:n muodostavat nukleotidit sisältävät viiden hiilen sokerin - deoksiriboosin, yhden neljästä typpipitoisesta emäksestä: adeniini, guaniini, sytosiini, tymiini (A, G, C, T); fosforihappojäännös.
Nukleotidien koostumuksessa riboosi (tai deoksiriboosi) molekyyliin on kiinnittynyt typpipitoinen emäs toiselta puolelta ja fosforihappotähde toiselta puolelta. Nukleotidit ovat yhteydessä toisiinsa pitkiksi ketjuiksi. Tällaisen ketjun rungon muodostavat säännöllisesti vuorottelevat sokeri- ja fosforihappotähteet, ja tämän ketjun sivuryhmät muodostuvat neljästä epäsäännöllisesti vuorottelevasta typpiemäksestä.
Kuva 1. Kaavio DNA:n rakenteesta. Vetysidokset on merkitty pisteillä
DNA-molekyyli on rakenne, joka koostuu kahdesta juosteesta, jotka on liitetty toisiinsa koko pituudeltaan vetysidoksilla (kuva 7). Tätä DNA-molekyyleille ominaista rakennetta kutsutaan kaksoiskierteeksi. DNA:n rakenteelle on ominaista, että vastapäätä typpipitoista emästä A toisessa ketjussa on typpiemäs T toisessa ketjussa ja typpipitoista emästä G vastapäätä on aina typpiemäs C. Kaavamaisesti sanottu voidaan ilmaista seuraavasti: :
A (adeniini) - T (tymiini)
T (tymiini) - A (adeniini)
G (guaniini) - C (sytosiini)
C (sytosiini) - G (guaniini)
Näitä emäspareja kutsutaan komplementaarisiksi emäksiksi (täydentävät toisiaan). DNA-juosteita, joissa emäkset sijaitsevat komplementaarisesti toistensa kanssa, kutsutaan komplementaarisiksi juosteiksi. Kuvio 8 esittää kaksi DNA-juostetta, jotka on yhdistetty komplementaarisilla alueilla.
Kaksijuosteisen DNA-molekyylin osa
DNA-molekyylin rakenteen mallia ehdottivat J. Watson ja F. Crick vuonna 1953. Se vahvistettiin täysin kokeellisesti ja sillä oli erittäin tärkeä rooli molekyylibiologian ja genetiikan kehityksessä.
Nukleotidien järjestys DNA-molekyyleissä määrittää aminohappojen järjestyksen lineaarisissa proteiinimolekyyleissä, eli niiden primäärirakenteen. Proteiinisarja (entsyymit, hormonit jne.) määrää solun ja organismin ominaisuudet. DNA-molekyylit tallentavat tietoa näistä ominaisuuksista ja välittävät niitä jälkeläisille, eli ne ovat perinnöllisen tiedon kantajia. DNA-molekyylejä löytyy pääasiassa solujen ytimistä ja pieniä määriä mitokondrioissa ja kloroplasteissa.
RNA:n päätyypit. DNA-molekyyleihin tallennettu perinnöllinen tieto toteutuu proteiinimolekyylien kautta. Tietoa proteiinin rakenteesta välittävät sytoplasmaan erityiset RNA-molekyylit, joita kutsutaan lähetti-RNA:ksi (mRNA). Viesti-RNA siirretään sytoplasmaan, jossa proteiinisynteesi tapahtuu erityisten organellien - ribosomien - avulla. Se on lähetti-RNA, joka on rakennettu komplementaariseksi jollekin DNA-säikeelle, joka määrittää aminohappojen järjestyksen proteiinimolekyyleissä. Toinen RNA-tyyppi osallistuu myös proteiinisynteesiin - kuljetus-RNA (tRNA), joka tuo aminohappoja proteiinimolekyylien - ribosomien - muodostumispaikalle, eräänlaisiin proteiinien tuotantolaitoksiin.
Ribosomit sisältävät kolmannen tyypin RNA:ta, niin kutsuttua ribosomaalista RNA:ta (rRNA), joka määrittää ribosomien rakenteen ja toiminnan.
Jokaista RNA-molekyyliä edustaa yksi juoste, toisin kuin DNA-molekyyli; Se sisältää riboosia deoksiriboosin sijasta ja urasiilia tymiinin sijaan.
Joten nukleiinihapot suorittavat tärkeimmät biologiset toiminnot solussa. DNA tallentaa perinnöllistä tietoa kaikista solun ja organismin ominaisuuksista. Erilaiset RNA-tyypit osallistuvat perinnöllisen tiedon toteuttamiseen proteiinisynteesin kautta.
Itsenäinen työ
Katso kuvaa 1 ja kerro, mitä erityistä DNA-molekyylin rakenteessa on. Mitkä komponentit muodostavat nukleotidit?
Miksi DNA-sisällön johdonmukaisuutta kehon eri soluissa pidetään todisteena siitä, että DNA on geneettistä materiaalia?
Anna vertaileva kuvaus DNA:sta ja RNA:sta taulukon avulla.
Yhden DNA-juosteen fragmentilla on seuraava koostumus: -A-A-A-T-T-C-C-G-G-. Viimeistele toinen ketju.
DNA-molekyylissä tymiinien osuus on 20 % typpipitoisten emästen kokonaismäärästä. Määritä typpipitoisten emästen adeniinin, guaniinin ja sytosiinin määrä.
Mitä yhtäläisyyksiä ja eroja proteiinien ja nukleiinihappojen välillä on?
Kysymyksiä ja tehtäviä tarkastettavaksi
Mitä ovat nukleiinihapot? Mitkä orgaaniset yhdisteet toimivat nukleiinihappojen peruskomponenttina?
Minkä tyyppisiä nukleiinihappoja tiedät?
Mitä eroa on DNA- ja RNA-molekyylien rakenteen välillä?
Nimeä DNA:n tehtävät.
Millaisia RNA-tyyppejä solussa on?
Valitse mielestäsi oikea vastausvaihtoehto.
1. Mistä geneettistä tietoa löytyy?
Kromosomeissa
Geeneissä
Soluissa
2. Kuinka monta prosenttia DNA:ta tarvitaan koodaamaan kaikkia ihmiskehon proteiineja?
3. Mikä on proteiinisynteesin viimeisen vaiheen nimi?
Lähettää
4. Mikä on kaiken solun tiedon kantaja?
5. Missä DNA sijaitsee?
Solun sytoplasmassa
Solun ytimessä
Soluvakuoleissa
6. Minkä prosessin tärkeä osa on soluproteiinien synteesi?
Assimilaatio
Kertymät
Uupumus
7. Mitä kustannuksia proteiinisynteesi vaatii?
Energiaa
8. Mikä on energian lähde?
9. Mikä määrittää proteiinin toiminnan?
Ensisijainen rakenne
Toissijainen rakenne
Tertiäärinen rakenne
10. Mikä on sen DNA:n osan nimi, joka sisältää tietoa proteiinin primäärirakenteesta?
Perimä
Biologian tunti. Nukleiinihapot (DNA ja RNA).
Nucleichapot
RakenneJatoimintojanukleiinihappohapot
Nukleiinihapot ja niiden rooli solujen elämässä. RakenneJatoimintojaDNA
Resurssit
V. B. ZAKHAROV, S. G. MAMONTOV, N. I. SONIN, E. T. ZAKHAROVA OPPIKIRJA "BIOLOGIA" YLEISOPETUSLAITOKSIIN (luokat 10-11).
A. P. Plekhov Biologia ja ekologian perusteet. Sarja “Oppikirjoja yliopistoille. Erikoiskirjallisuutta".
Kirja opettajille Sivoglazov V.I., Sukhova T.S. Kozlova T. A. Biologia: yleiset mallit.
http://tepka.ru/biologia10-11/6.html
Esityksen isännöinti
Biopolymeerit- luokka polymeerejä, joita esiintyy luonnossa luonnossa ja jotka ovat osa eläviä organismeja: proteiinit, nukleiinihapot, polysakkaridit. Biopolymeerit koostuvat identtisistä (tai erilaisista) yksiköistä - monomeereistä. Proteiinien monomeerit ovat aminohappoja, nukleiinihapot ovat nukleotideja ja polysakkarideissa ne ovat monosakkarideja.
Biopolymeereja on kahdenlaisia - tavallisia (jotkut polysakkaridit) ja epäsäännöllisiä (proteiinit, nukleiinihapot, jotkut polysakkaridit).
Oravat
Proteiineilla on useita organisaatiotasoja - primaarinen, sekundaarinen, tertiäärinen ja joskus kvaternäärinen. Primäärirakenne määräytyy monomeerien sekvenssin mukaan, sekundäärisen rakenteen määräävät monomeerien sisäiset ja molekyylien väliset vuorovaikutukset, yleensä vetysidosten kautta. Tertiäärinen rakenne riippuu sekundäärirakenteiden vuorovaikutuksesta, kvaternäärinen muodostuu yleensä yhdistämällä useita molekyylejä tertiäärisen rakenteen kanssa.
Proteiinien sekundäärinen rakenne muodostuu aminohappojen vuorovaikutuksesta vetysidoksia ja hydrofobisia vuorovaikutuksia käyttämällä. Toissijaisen rakenteen päätyypit ovat
α-heliksi, kun vetysidoksia esiintyy saman ketjun aminohappojen välillä,
β-levyt (laskostetut kerrokset), kun eri suuntiin kulkevien eri polypeptidiketjujen välille muodostuu vetysidoksia (antirinnakkaiset,
epävakaat alueet
Toissijaisen rakenteen ennustamiseen käytetään tietokoneohjelmia.
Tertiäärinen rakenne tai "laskos" muodostuu sekundaaristen rakenteiden vuorovaikutuksesta ja stabiloituu ei-kovalenttisilla, ionisilla, vetysidoksilla ja hydrofobisilla vuorovaikutuksilla. Proteiineilla, jotka suorittavat samanlaisia toimintoja, on yleensä samanlaiset tertiaariset rakenteet. Esimerkki taiteesta on β-tynnyri, jossa β-levyt on järjestetty ympyrän muotoon. Proteiinien tertiäärinen rakenne määritetään käyttämällä röntgendiffraktioanalyysiä.
Tärkeä polymeeristen proteiinien luokka ovat fibrillaariset proteiinit, joista tunnetuin on kollageeni.
Eläinmaailmassa proteiinit toimivat yleensä tukevina, rakennetta muodostavina polymeereinä. Nämä polymeerit on rakennettu 20 a-aminohaposta. Aminohappotähteet liitetään proteiinien makromolekyyleihin peptidisidoksilla, jotka syntyvät karboksyyli- ja aminoryhmien reaktiosta.
Proteiinien merkitystä elävässä luonnossa on vaikea yliarvioida. Tämä on elävien organismien rakennusmateriaali, biokatalyytit - entsyymit, jotka varmistavat reaktioiden tapahtumisen soluissa, ja entsyymejä, jotka stimuloivat tiettyjä biokemiallisia reaktioita, ts. biokatalyysin selektiivisyyden varmistaminen. Lihaksemme, hiuksemme ja ihomme koostuvat kuituproteiineista. Hemoglobiiniin kuuluva veren proteiini edistää ilman hapen imeytymistä, toinen proteiini, insuliini, on vastuussa sokerin hajoamisesta kehossa ja siten energian antamisesta. Proteiinien molekyylipaino vaihtelee suuresti. Näin ollen insuliini, ensimmäinen proteiini, jonka rakenteen F. Sanger määritti vuonna 1953, sisältää noin 60 aminohappoyksikköä ja sen molekyylipaino on vain 12 000. Tähän mennessä on tunnistettu useita tuhansia proteiinimolekyylejä, joiden molekyylipaino on ne saavuttavat 106 tai enemmän.
Nukleiinihapot
DNA:n päärakenne on lineaarinen nukleotidisekvenssi ketjussa. Yleensä sekvenssi kirjoitetaan kirjaimin (esimerkiksi AGTCATGCCAG) ja tallennus suoritetaan ketjun 5" - 3" päähän.
Toissijainen rakenne on rakenne, joka muodostuu nukleotidien (enimmäkseen typpipitoisten emästen) ei-kovalenttisista vuorovaikutuksista keskenään, pinoamisesta ja vetysidosten kanssa. DNA:n kaksoiskierre on klassinen esimerkki sekundaarirakenteesta. Tämä on luonnossa yleisin DNA-muoto, joka koostuu kahdesta anti-rinnakkaisesta komplementaarisesta polynukleotidiketjusta. Antirinnakkaisisuus toteutuu kunkin piirin napaisuuden vuoksi. Komplementaarisuus ymmärretään yhden DNA-ketjun kunkin typpipitoisen emäksen vastaavuudeksi toisen ketjun tiukasti määriteltyyn emäkseen (vastakohta A on T ja vastapäätä G on C). DNA pysyy kaksoiskierteessä komplementaarisen emäsparin muodostamalla vetysidoksia, kaksi A-T-parissa ja kolme G-C-parissa.
Vuonna 1868 sveitsiläinen tiedemies Friedrich Miescher eristi soluytimistä fosforia sisältävän aineen, jota hän kutsui nukleiiniksi. Myöhemmin tätä ja vastaavia aineita kutsuttiin nukleiinihapoiksi. Niiden molekyylipaino voi olla 109, mutta useammin se vaihtelee välillä 105-106. Lähtöaineet, joista nukleotidit rakennetaan - nukleiinihappomakromolekyylien yksiköt ovat: hiilihydraatti-, fosforihappo-, puriini- ja pyrimidiiniemäkset. Yhdessä happoryhmässä riboosi toimii hiilihydraattina, toisessa deoksiriboosi.
Niiden sisältämien hiilihydraattien luonteen mukaan nukleiinihappoja kutsutaan ribonukleiini- ja deoksiribonukleiinihapoiksi. Yleisiä lyhenteitä ovat RNA ja DNA. Nukleiinihapoilla on tärkein rooli elämänprosesseissa. Heidän avullaan ratkaistaan kaksi tärkeää tehtävää: perinnöllisen tiedon varastointi ja välittäminen sekä makromolekyylien DNA, RNA ja proteiini matriisisynteesi.
Polysakkaridit
Selluloosan 3-ulotteinen rakenne
Elävien organismien syntetisoimat polysakkaridit koostuvat suuresta määrästä monosakkarideja, jotka on yhdistetty glykosidisilla sidoksilla. Usein polysakkaridit ovat veteen liukenemattomia. Nämä ovat yleensä erittäin suuria, haarautuneita molekyylejä. Esimerkkejä elävien organismien syntetisoimista polysakkarideista ovat varastointiaineet tärkkelys ja glykogeeni sekä rakenteelliset polysakkaridit - selluloosa ja kitiini. Koska biologiset polysakkaridit koostuvat eripituisista molekyyleistä, sekundaarisen ja tertiaarisen rakenteen käsitteet eivät koske polysakkarideja.
Polysakkaridit muodostuvat matalan molekyylipainon yhdisteistä, joita kutsutaan sokereiksi tai hiilihydraatteiksi. Monosakkaridien sykliset molekyylit voivat sitoutua toisiinsa muodostaen niin kutsuttuja glykosidisidoksia hydroksyyliryhmien kondensaation kautta.
Yleisimpiä ovat polysakkaridit, joiden toistuvia yksiköitä ovat α-D-glukopyranoosin tai sen johdannaisten tähteet. Tunnetuin ja laajimmin käytetty on selluloosa. Tässä polysakkaridissa happisilta yhdistää 1. ja 4. hiiliatomin vierekkäisissä yksiköissä, tällaista sidosta kutsutaan α-1,4-glykosidiseksi.
Selluloosan kaltainen kemiallinen koostumus on tärkkelys, joka koostuu amyloosista ja amylopektiinistä, glykogeenista ja dekstraanista. Erona edellisen ja selluloosan välillä on makromolekyylien haarautuminen, ja amylopektiini ja glykogeeni voidaan luokitella hyperhaarautuneiksi luonnonpolymeereiksi, ts. epäsäännöllisen rakenteen omaavat dendrimeerit. Haaroituskohta on tavallisesti a-D-glukopyranoosirenkaan kuudes hiili, joka on liitetty sivuketjuun glykosidisidoksella. Dekstraanin ja selluloosan välinen ero on glykosidisidosten luonne - dekstraani sisältää α-1,4-:n ohella myös α-1,3- ja α-1,6-glykosidisidoksia, joista jälkimmäinen on hallitseva.
Kitiinillä ja kitosaanilla on kemiallinen koostumus erilainen kuin selluloosa, mutta ne ovat rakenteeltaan sitä lähellä. Erona on, että α-D-glukopyranoosiyksiköiden toisessa hiiliatomissa, jotka on liitetty α-1,4-glykosidisilla sidoksilla, OH-ryhmä korvataan -NHCH3COO-ryhmillä kitiinissä ja -NH2-ryhmällä kitosaanissa.
Selluloosaa löytyy puiden ja kasvinvarsien kuoresta ja puusta: puuvilla sisältää yli 90 % selluloosaa, havupuut yli 60 %, lehtipuut noin 40 %. Selluloosakuitujen lujuus johtuu siitä, että ne muodostuvat yksittäiskiteistä, joissa makromolekyylit on pakattu rinnakkain toistensa kanssa. Selluloosa muodostaa rakenteellisen perustan paitsi kasvimaailman, myös joidenkin bakteerien edustajille.
Eläinmaailmassa polysakkarideja "käytetään" vain hyönteisten ja niveljalkaisten tukevina, rakennetta muodostavina polymeereinä. Useimmiten näihin tarkoituksiin käytetään kitiiniä, joka toimii niin sanotun ulkoisen luuston rakentamisessa rapuissa, rapuissa ja katkarapuissa. Kitiinistä deasetylaatio tuottaa kitosaania, joka toisin kuin liukenematon kitiini liukenee muurahaishapon, etikkahapon ja suolahapon vesiliuoksiin. Tässä suhteessa ja myös arvokkaiden ominaisuuksien kompleksin ja bioyhteensopivuuden vuoksi kitosaanilla on suuret mahdollisuudet laajaan käytännön käyttöön lähitulevaisuudessa.
Tärkkelys on yksi polysakkarideista, jotka toimivat kasvien vararavintoaineena. Mukulat, hedelmät ja siemenet sisältävät jopa 70 % tärkkelystä. Eläinten varastoitu polysakkaridi on glykogeeni, jota löytyy pääasiassa maksasta ja lihaksista.
Kasvin rungon ja varren vahvuuden määrää selluloosakuitujen rungon lisäksi kasvin sidekudos. Merkittävä osa siitä puissa on ligniiniä - jopa 30%. Sen rakennetta ei ole tarkasti määritelty. Tiedetään, että tämä on suhteellisen pienimolekyylipainoinen (M ≈ 104) hyperhaarautunut polymeeri, joka muodostuu pääasiassa fenolitähteistä, jotka on substituoitu orto-asemassa -OCH3-ryhmillä, para-asemassa -CH=CH-CH2OH-ryhmillä. Tällä hetkellä selluloosan hydrolyysiteollisuuden jätteeksi on kertynyt valtava määrä ligniinejä, mutta niiden hävittämisongelmaa ei ole ratkaistu. Kasvikudoksen tukielementtejä ovat pektiiniaineet ja erityisesti pektiini, jota löytyy pääasiassa soluseinistä. Sen pitoisuus omenankuorissa ja sitrushedelmien kuoren valkoisessa osassa on jopa 30 %. Pektiini kuuluu heteropolysakkarideihin, ts. kopolymeerit. Sen makromolekyylit rakentuvat pääasiassa D-galakturonihapon ja sen metyyliesterin tähteistä, jotka on yhdistetty α-1,4-glykosidisilla sidoksilla.
Pentooseista tärkeimmät ovat polymeerit arabinoosi ja ksyloosi, jotka muodostavat polysakkarideja, joita kutsutaan arabiineiksi ja ksylaaneiksi. Ne määrittävät yhdessä selluloosan kanssa puun tyypilliset ominaisuudet.
Dia 1
Dia 2
Oppitunnin tarkoitus: Vahvistaa ja syventää opiskelijoiden ymmärrystä luonnonpolymeereistä proteiinien ja nukleiinihappojen esimerkin avulla. Systematisoida tietoa proteiinien koostumuksesta, rakenteesta, ominaisuuksista ja toiminnasta. Sinulla on käsitys proteiinien kemiallisesta ja biologisesta synteesistä, keinotekoisen ja synteettisen ruoan luomisesta. Laajenna ymmärrystäsi nukleiinihappojen koostumuksesta ja rakenteesta. Osaa selittää DNA:n kaksoiskierteen rakenteen komplementaarisuuden periaatteella. Tunne nukleiinihappojen rooli organismien elämässä. Jatka itseopiskelutaitojen kehittämistä, kykyä kuunnella luentoa ja korostaa pääasiaa. Tee muistiinpanoja suunnitelman tai opinnäytetyön valmistelusta. Kehittää opiskelijoiden kognitiivista kiinnostusta, luoda tieteidenvälisiä yhteyksiä (biologian kanssa).
Dia 3
Dia 4
Dia 5
Proteiinien arvot Maapallolla nykyään elävät organismit sisältävät noin tuhat miljardia tonnia proteiineja. Erottuna ehtymättömästä rakenteen monimuotoisuudesta, joka on samalla tiukasti kullekin niistä ominaista, proteiinit yhdessä nukleiinihappojen kanssa luovat aineellisen perustan ympärillämme olevan maailman organismien koko olemassaololle. Proteiineille on ominaista kyky molekyylinsisäiseen vuorovaikutukseen, minkä vuoksi proteiinimolekyylien rakenne on niin dynaaminen ja muuttuva. Proteiinit ovat vuorovaikutuksessa monenlaisten aineiden kanssa. Yhdistämällä keskenään tai nukleiinihappojen, polysakkaridien ja lipidien kanssa ne muodostavat ribosomeja, mitokondrioita, lysosomeja, endoplasmisen retikulumin kalvoja ja muita solunsisäisiä rakenteita, joissa suoritetaan erilaisia aineenvaihduntaprosesseja. Siksi proteiineilla on merkittävä rooli elämän ilmiöissä.
Dia 6
Proteiinimolekyylien järjestäytymistasot Primaarinen Sekundaarinen Tertiäärinen Kvaternäärinen Yksi proteiinikemian vaikeista ongelmista oli polypeptidiketjun aminohappotähteiden sekvenssin, ts. proteiinimolekyylin primäärirakenteen, tulkitseminen. Sen ratkaisi ensimmäisenä englantilainen tiedemies F. Sanger ja hänen kollegansa vuosina 1945-1956. He perustivat insuliinihormonin, haiman tuottaman proteiinin, primäärirakenteen. Tästä F. Sanger sai Nobel-palkinnon vuonna 1958.
Dia 7
spesifinen a-aminohappotähteiden sekvenssi polypeptidiketjussa Primaarirakenne -
Dia 8
Dia 9
Kvaternäärinen rakenne – useiden proteiinimakromolekyylien (proteiinikompleksien) aggregaatteja, jotka muodostuvat erilaisten polypeptidiketjujen vuorovaikutuksesta
Dia 10
Proteiinien kemialliset ominaisuudet (videofilmi) Proteiineille tyypillinen reaktio on denaturaatio: Proteiinien koaguloituminen kuumennettaessa. Proteiinien saostus väkevällä alkoholilla. Proteiinien saostaminen raskasmetallien suoloilla. 2. Proteiinien värireaktiot: Ksantoproteiinireaktio Biureettireaktio Proteiinimolekyylin koostumuksen rikkipitoisuuden määritys.
Dia 11
Proteiinien rooli elämänprosesseissa On erittäin mielenkiintoista tutkia paitsi rakennetta myös proteiinien roolia elämänprosesseissa. Monilla niistä on suojaavia (immunoglobuliinit) ja myrkyllisiä (käärmeen myrkyt, kolera, kurkkumätä- ja tetanustoksiinit, enterotoksiini. Stafylokokin B, butulismitoksiini) ominaisuuksia, jotka ovat tärkeitä lääketieteellisiin tarkoituksiin. Mutta tärkeintä on, että proteiinit ovat tärkein ja korvaamaton osa ihmisen ruokaa. Nykyään 10-15 % maailman väestöstä on nälkäisiä ja 40 % saa roskaruokaa, jossa on riittämätön proteiinipitoisuus. Siksi ihmiskunta on pakotettu tuottamaan teollisesti proteiinia - maapallon niukin tuotetta. Tätä ongelmaa ratkaistaan intensiivisesti kolmella tavalla: rehuhiivan tuotanto, öljyhiilivetypohjaisten proteiini-vitamiinitiivisteiden valmistus tehtaissa ja proteiinien eristäminen kasviperäisistä non-food-raaka-aineista. Proteiini-vitamiinitiivistettä valmistetaan maassamme hiilivetyraaka-aineista. Välttämättömien aminohappojen teollinen tuotanto on myös lupaavaa proteiinin korvikkeena. Proteiinien rakenteen ja toiminnan tuntemus tuo ihmiskunnan lähemmäksi elämän ilmiön sisimmän salaisuuden hallintaa.
Dia 12
Nukleiinihapot Nukleiinihapot ovat luonnollisia suurimolekyylisiä orgaanisia yhdisteitä, polynukleotideja, jotka tarjoavat perinnöllisen (geneettisen) tiedon varastoinnin ja välittämisen elävissä organismeissa. Sveitsiläinen tiedemies F. Miescher löysi nukleiinihapot vuonna 1869 olennaisena osana soluytimiä, joten ne saivat nimensä latinalaisesta sanasta nucleus - nucleus. Nycleus" - ydin. Ensimmäistä kertaa DNA ja RNA uutettiin solun ytimestä. Siksi niitä kutsutaan nukleiinihapoiksi. Nukleiinihappojen rakennetta ja toimintoja tutkivat amerikkalainen biologi J. Watson ja englantilainen fyysikko F. Crick.
Dia 13
DNA:N JA RNA:n RAKENTEET Vuonna 1953 amerikkalainen biokemisti J. Watson ja englantilainen fyysikko F. Crick rakensivat mallin DNA:n tilarakenteesta; joka näyttää kaksoiskierteeltä. Se vastasi englantilaisten tutkijoiden R. Franklinin ja M. Wilkinsin tietoja, jotka pystyivät DNA:n röntgendiffraktioanalyysin avulla määrittämään kierteen yleiset parametrit, sen halkaisijan ja kierrosten välisen etäisyyden. Vuonna 1962 Watson, Crick ja Wilkins saivat Nobel-palkinnon tästä tärkeästä löydöstä.
Dia 14
NUKLEEINIHAPOMONOMEERIT - NUKLEOTIDIT DNA - deoksiribonukleiinihappo RNA ribonukleiinihappo Nukleotidin koostumus DNA:ssa Nukleotidin koostumus RNA:ssa Typpiemäkset: Adeniini (A) Guaniini (G) Sytosiini (C) Urasiili (U): Riboosi-emäs typpihapporeoussidihappo : Adeniini (A) Guaniini (G) Sytosiini (C) Tymiini (T) Deoksiriboosi Fosforihappojäännös Lähetti-RNA (i-RNA) Siirto-RNA (t-RNA) Ribosomaalinen RNA (r-RNA)
Dia 15
Nukleiinihappoja on kolmenlaisia: DNA (deoksiribonukleiinihapot), RNA (ribonukleiinihapot) ja ATP (adenosiinitrifosfaatti). Kuten hiilihydraatit ja proteiinit, ne ovat polymeerejä. Kuten proteiinit, nukleiinihapot ovat lineaarisia polymeerejä. Niiden monomeerit - nukleotidit - ovat kuitenkin monimutkaisia aineita, toisin kuin melko yksinkertaiset sokerit ja aminohapot. Nukleiinihappojen rakenne
Dia 16
DNA:n ja RNA:n DNA:n vertailuominaisuudet Biologinen polymeeri Monomeeri - nukleotidi 4 tyyppiä typpipitoisia emäksiä: adeniini, tymiini, guaniini, sytosiini. Täydentävät parit: adeniini-tymiini, guaniini-sytosiini Sijainti - ydin Toiminnot - perinnöllisen tiedon varastointi Sokeri - deoksiriboosi RNA Biologinen polymeeri Monomeeri - nukleotidi 4 tyyppiä typpipitoisia emäksiä: adeniini, guaniini, sytosiini, urasiili Täydentävät parit: adeniini-urasiili sytosiini Sijainti – ydin, sytoplasma Toiminnot – siirto, perinnöllisen tiedon välittäminen. Sokeri - riboosi
Dia 17
Tripletti Tripletti on kolme peräkkäistä nukleotidia. Triplettien sekvenssi määrää proteiinin aminohapposekvenssin! Toistensa takana sijaitsevat kolmoset, jotka määrittävät yhden proteiinimolekyylin rakenteen, edustavat GEENiä.
Dia 18
Replikaatio on DNA-molekyylin itsensä monistumisprosessi, joka perustuu komplementaarisuuden periaatteeseen. Replikaation merkitys: DNA:n itsensä monistumisen vuoksi tapahtuu solunjakautumisprosesseja.
Dia 19
Parin A ja T typpiemästen väliin muodostuu 2 vetysidosta ja G:n ja C - 3:n välille, joten G-C-sidoksen vahvuus on suurempi kuin A-T: Komplementaariset parit
Dia 20
Dia 21
Dia 22
Nukleiinihappojen merkitys Proteiinimolekyylien rakenteeseen liittyvän tiedon varastointi, siirto ja periytyminen. NK:n stabiilius on tärkein edellytys solujen ja kokonaisten organismien normaalille toiminnalle. Muutos NK:n rakenteessa on muutos solujen rakenteessa tai fysiologisissa prosesseissa - muutos elämäntoiminnassa.
Dia 23
NK:n käyttö Ihminen sairastuu koko elämän ajan, joutuu epäsuotuisiin tuotanto- tai ilmasto-olosuhteisiin. Tämän seurauksena hyvin toimivan geneettisen laitteen "epäonnistumiset" lisääntyvät. Tiettyyn aikaan asti "epäonnistumiset" eivät ilmene ulospäin, emmekä huomaa niitä. Valitettavasti! Ajan myötä muutokset tulevat ilmeisiksi. Ensinnäkin ne näkyvät iholla. Tällä hetkellä biomakromolekyylejä koskevan tutkimuksen tulokset nousevat laboratorioiden seinistä, ja ne alkavat yhä enemmän auttaa lääkäreitä ja kosmetologeja heidän päivittäisessä työssään. Vielä 1960-luvulla. Tuli tiedoksi, että eristetyt DNA-juosteet aiheuttavat solujen uusiutumista. Mutta vasta 1900-luvun viimeisinä vuosina tuli mahdolliseksi käyttää tätä ominaisuutta ikääntyvien ihosolujen palauttamiseen.
Dia 24
NC Sciencen soveltaminen on vielä kaukana mahdollisuudesta käyttää eksogeenisiä DNA-säikeitä (lukuun ottamatta virus-DNA:ta) mallina "uuden" DNA-synteesiin suoraan ihmis-, eläin- tai kasvisoluissa. Tosiasia on, että isäntäsolu on luotettavasti suojattu vieraan DNA:n viemiseltä siinä läsnä olevilla spesifisillä entsyymeillä - nukleaaseilla. Vieras DNA tuhoutuu tai rajoittuu väistämättä nukleaasien vaikutuksesta. DNA tunnistetaan "vieraaksi", koska isäntäsolun DNA:ssa ei ole kullekin organismille spesifistä metyloituneiden emästen jakautumismallia. Samaan aikaan, mitä läheisempiä solut ovat sukua, sitä enemmän niiden DNA muodostaa hybridejä. Tämän tutkimuksen tuloksena on erilaisia kosmeettisia voiteita, jotka sisältävät "taikasäikeitä" ihon nuorentamiseen.
Dia 25
Oppitunnin vahvistaminen (testikontrolli) Vaihtoehto 1 1. Kaksoispolynukleotidiketju on ominaista molekyyleille: a) DNA b) RNA c) molemmat edelliset vastaukset ovat oikein. 2. Keskimääräinen molekyylipaino, minkä tyyppinen nukleiinihappo on suurempi? a) DNA b) RNA c) riippuu elävän solun tyypistä 3. Mitkä aineet eivät ole kiinteä osa nukleotidia? a) pyrimidiini- tai puriiniemäs. b) riboosi ja deoksiriboosi c) α - aminohapot d) fosforihappo 4. DNA-nukleotidit eivät sisällä jäämiä emäksinä: a) sytosiini c) guaniini b) urasiili d) adeniini e) tymiini 5. Nukleotidien sekvenssi on rakenne nukleiinihapoista: a) primaarinen c) tertiäärinen b) sekundaarinen d) kvaternäärinen Vaihtoehto 2 1. Nukleiinihapot saavat nimensä latinan sanasta: a) ydin c) elämä b) solu d) ensimmäinen 2. Polymeeriketju, joka nukleiinihappo on nukleotidisekvenssi? a) DNA b) RNA c) molemmat nukleiinihapot 3. Kaksoiskierteen muodossa oleva sekundäärinen rakenne on ominaista molekyyleille: a) DNA c) RNA b) proteiinit d) kaikki nukleiinihapot 4. A puriiniemäs ei ole: a) adeniini c) guaniini b) tymiini d) kaikki ovat 5. Nukleotidimolekyyli ei sisällä: a) monosakkariditähdettä c) typpipitoista emästähdettä b) aminohappotähdettä d) fosforihappotähdettä
Polymeerit ovat suurimolekyylisiä yhdisteitä, jotka koostuvat monista toistuvista atomiryhmistä, joilla on erilaiset tai identtiset rakenteet - yksiköt. Nämä linkit on liitetty toisiinsa koordinaatio- tai kemiallisilla sidoksilla haarautuneiksi tai pitkiksi lineaarisiksi ketjuiksi ja kolmiulotteisiksi tilarakenteiksi.
Polymeerit ovat:
- synteettinen,
- keinotekoinen,
- Luomu.
Orgaanisia polymeerejä muodostuu luonnossa eläin- ja kasviorganismeissa. Tärkeimmät niistä ovat proteiinit, polysakkaridit, nukleiinihapot, kumi ja muut luonnonyhdisteet.
Ihminen on pitkään ja laajalti käyttänyt orgaanisia polymeerejä jokapäiväisessä elämässään. Nahka, villa, puuvilla, silkki, turkis - kaikkea tätä käytetään vaatteiden valmistukseen. Kalkki, sementti, savi, orgaaninen lasi (pleksilasi) - rakentamisessa.
Orgaanisia polymeerejä on myös ihmisissä. Esimerkiksi nukleiinihapot (kutsutaan myös DNA:ksi) sekä ribonukleiinihapot (RNA).
Orgaanisten polymeerien ominaisuudet
Kaikilla orgaanisilla polymeereillä on erityisiä mekaanisia ominaisuuksia:
- kiteisten ja lasimaisten polymeerien alhainen hauraus (orgaaninen lasi, muovit);
- elastisuus, eli suuri palautuva muodonmuutos pienillä kuormilla (kumi);
- makromolekyylien suuntautuminen suunnatun mekaanisen kentän vaikutuksesta (kalvojen ja kuitujen tuotanto);
- pienillä pitoisuuksilla liuosten viskositeetti on korkea (polymeerit ensin turpoavat ja sitten liukenevat);
- pienen reagenssimäärän vaikutuksesta ne voivat muuttaa nopeasti fyysisiä ja mekaanisia ominaisuuksiaan (esimerkiksi nahan parkitus, kumin vulkanointi).
Taulukko 1. Joidenkin polymeerien palamisominaisuudet.
| Polymeerit | Materiaalin käyttäytyminen liekkiin joutuessaan ja syttyvyys | Liekin luonne | Haju |
|---|---|---|---|
| Polyeteeni (PE) | Se sulaa pisara pisaralta, palaa hyvin ja palaa edelleen, kun se poistetaan liekistä. | Hehkuva, aluksi sinertävä, sitten keltainen | Palava parafiini |
| Polypropeeni (PP) | Sama | Sama | Sama |
| Polykarbonaatti (PC) | Sama | Tupakointi | |
| Polyamidi (PA) | Palaa, virtaa kuin lanka | Alla sinertävä, keltaiset reunat | Lakanneet hiukset tai palaneet kasvit |
| Polyuretaani (PU) | Palaa, virtaa pisara pisaralta | Keltainen, alla sinertävä, hehkuva, harmaa savu | Karkea, epämiellyttävä |
| polystyreeni (PS) | Syttyy itsestään, sulaa | Kirkkaan keltainen, hehkuva, savuinen | Makea kukkainen, jossa on ripaus styreeniä |
| Polyeteenitereftalaatti (PET) | Polttaa, tippuu | Keltaoranssi, savuinen | Makea, tuoksuva |
| Epoksihartsi (ED) | Palaa hyvin, palaa edelleen, kun se poistetaan liekistä | Keltainen savuinen | Erityinen tuore (kuumennuksen alussa) |
| Polyesterihartsi (PN) | Palovammoja, hiiltyneitä | Hehkuva, savuinen, keltainen | Makeahko |
| Jäykkä polyvinyylikloridi (PVC) | Palaa vaikeasti ja hajallaan, liekistä poistettuna sammuu ja pehmenee | Kirkkaanvihreä | Akuutti, vetykloridi |
| PVC plastisoitu | Palaa vaikeasti ja liekistä poistettuna hajaantuu | Kirkkaanvihreä | Akuutti, vetykloridi |
| Fenoli-formaldehydihartsi (FFR) | Vaikea sytyttää, palaa huonosti, säilyttää muotonsa | Keltainen | Fenoli, formaldehydi |
Taulukko 2. Polymeerimateriaalien liukoisuus.
Taulukko 3. Polymeerien värjäys Lieberman-Storch-Moravsky-reaktion mukaan.
Aiheeseen liittyviä artikkeleita
Useimmista materiaaleista suosituimpia ja tunnetuimpia ovat polymeerikomposiittimateriaalit (PCM). Niitä käytetään aktiivisesti lähes kaikilla ihmisen toiminnan alueella. Juuri nämä materiaalit ovat pääkomponentti erilaisten täysin eri tarkoituksiin käytettävien tuotteiden valmistuksessa vavoista ja veneiden rungoista sylinteriin syttyvien aineiden varastointiin ja kuljettamiseen sekä helikopterin roottorin siipiin. PCM:n tällainen laaja suosio liittyy kykyyn ratkaista minkä tahansa monimutkaisia teknologisia ongelmia, jotka liittyvät tiettyjen ominaisuuksien omaavien komposiittien tuotantoon, kiitos polymeerikemian kehittämisen ja menetelmissä käytettävien polymeerimatriisien rakenteen ja morfologian tutkimiseksi. PCM:n tuotanto.
