Молекулярно-генетический уровень.

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 18Следующая ⇒

Элементарными структурами на этом уровне организации жизни являются гены, а элементарными явлениями —конвариантная редупликация, внутриклеточный перенос генетической информации.

ДНК представляет собой двухцепочечный биологический полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, содержащие азотистое основание (аденин, тимин, гуанин или цитозин), дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты. Полинуклеотидные цепи молекулы ДНК антипараллельны и соединены друг с другом водородными связями по принципу комплементарности. При этом против нуклеотида, содержащего аденин, всегда расположен нуклеотид, содержащий тимин другой цепи, а против гуанина – цитозин.

Функции ДНК: хранение наследственной информации, передача генетической информации из поколения в поколение, передача информации о структуре белков из ядра в цитоплазму.

РНК – одноцепочечный линейный нерегулярный биологический полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, содержащие азотистое основание (аденин, урацил, гуанин или цитозин), рибозу и остаток фосфорной кислоты. Существует по крайней мере 4 типа РНК:

- и-РНК (информационная) – комплементарная копия участка молекулы ДНК, несущая информацию о последовательности аминокислот в конкретной белковой молекуле.

- р-РНК (рибосомальная), входящая в состав рибосом, участвующих в биосинтезе белка.

т-РНК (транспортная) – переносит определенные аминокислоты к месту синтеза белка в рибосомах.

Главным явлением на этом уровне организации живых организмов является реализация наследственной информации. Носитель наследственности организмов – ген.

Ген – участок молекулы ДНК, определяющий возможность развитие отдельного элементарного признака, или синтез одной белковой молекулы.

Генетический код – свойственная живым организмам единая система записи наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов. Определяет последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь в соответствии с последовательностью нуклеотидов ДНК гена. В узком смысле генетический код – словарь кодонов (триплетов и-РНК), кодирующих те или иные аминокислоты и знаки пунктуации процесса белкового синтеза. Общие свойства генетического кода:

- триплетность – каждая аминокислота кодируется тройкой нуклеотидов,

- неперекрываемость – кодоны одного гена не перекрываются,

- вырожденность – многие аминокислотные остатки кодируются несколькими кодонами,

- однозначность – каждый отдельный кодон кодирует только один аминокислотный остаток,

- компактность – между кодонами в и-РНК нет «запятых» - нуклеотидов, не входящих в последовательность кодонов данного гена,

- универсальность – генетический код одинаков для всех исследованных организмов.

Кодон – триплет, дискретная единица генетического кода, участок и-РНК, состоящий из трех последовательных нуклеотидов. Кодирует один аминокислотный остаток или служит сигналом для завершения или начала белкового синтеза. Из 64 кодонов 61 кодирует включение 20 аминокислот.

Все биологические организмы, известные нам на Земле, используют одинаковый тип генетического кода.

Реализация генетического кода заключается в биосинтезе белка.

1 этап. Репликация – удвоение молекул ДНК.

2 этап. Транскрипция – перевод информации из последовательности кодонов ДНК в последовательность кодонов и-РНК. Происходит путем матричного синтеза по принципу комплементарности и-РНК на одной из цепей ДНК.

3 этап. Трансляция – перевод информации из последовательности кодонов и-РНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи. Осуществляется путем подбора антикодонов т-РНК к кодонам и-РНК. При этом, если антикодон комплементарен кодону, то аминокислота, принесенная т-РНК, включается в полипептидную цепь. Трансляция осуществляется при участии рибосом, которые последовательно делают кодоны и-РНК доступными для контакта с антикодонами т-РНК.

Все эти процессы в живых клетках протекают очень быстро. Так, на самосборку ДНК, состоящей примерно из 40 тысяч пар нуклеотидов, требуется всего 100 с. Белок, содержащий тысячи аминокислот, в живой клетке синтезируется за 5 — б мин.

Редупликация, основанная на матричном копировании, делает возможным сохранение не только генетической нормы, но и отклонений от нее, т.е. мутаций (основа процесса эволюции).

Основной теорией уровня является хромосомная теория наследственности.

Клеточный уровень.

Клетка – структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов.

Химическая организация клетки.

Элементный состав. 98 % массы клетки образуют 4 элемента: водород, кислород, углерод и азот. Их называют макроэлементами. Вместе с серой и фосфором, которые входят во вторую группу, их называют биоэлементами. Биоэлементы являются необходимыми составными частями молекул биологических полимеров – белков и нуклеиновых кислот. Во вторую группу кроме серы и фосфора входят калий, натрий, кальций, магний, железо и хлор. Натрий, калий и хлор обеспечивают проницаемость клеточных мембран для различных веществ и проведение импульса по нервному волокну. Кальций и фосфор участвуют в формировании межклеточного вещества костной ткани. Кроме того, кальций – один из факторов, от которых зависит нормальная свертываемость крови. Железо входит в состав гемоглобина, участвующего в переносе кислорода от легких к тканям. Магний в клетках растений включен в хлорофилл, а у животных входит в состав ферментов, участвующих в биохимических превращениях. К микроэлементам относятся цинк, медь, йод, фтор и некоторые другие. Общий их вклад в массу клетки всего 0, 02 %.

Клетка состоит из неорганических и органических компонентов. К неорганическим относятся вода и минеральные соли. К органическим компонентам относятся белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и нуклеотиды.

Белки – линейные нерегулярные биологические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Аминокислоты – амфотерные органические соединения, в состав которых входит кислотная (карбоксильная) группа, основная (аминогруппа) группа и радикал. Выделяют следующие структуры белков:

- первичная структура представляет собой определенную последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Аминокислоты связаны друг с другом пептидными связями, возникающими между углеродом карбоксильной группы одной и азотом аминогруппы последующей аминокислоты.

- вторичная структура – спираль, образованная полипептидной цепью, которая удерживается водородными связями.

- третичная структура – глобула, в которую сворачивается спираль; удерживается: дисульфидными, ионными, гидрофобными и водородными связями.

- четвертичная структура – структурно-функциональный комплекс белковых молекул, обладающих третичной структурной организацией.

Функции белков: каталитическая – все ферменты, ускоряющие процессы метаболизма в организме имеют белковую природу, пластическая, регуляторная, сигнальная (рецепторы), транспортная, двигательная, защитная (антитела) и энергетическая (17, 6 кДж).

Углеводы (сахариды) – органические вещества с общей формулой С_n(H₂O)_m. Простые углеводы называются моносахаридами, сложные – полисахаридами. Функции: пластическая, сигнальная, резервная, энергетическая (17, 6 кДж).

Жиры (липиды) представляют собой эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Функции: пластическая (мембраны клеток), растворитель, резервная, энергетическая 938, 9 кДж).

Метаболизм – обмен веществ, протекающий в клетках живых организмов. Обменные процессы обеспечивают постоянство внутренней среды организма – т.н. гомеостаз.

Совокупность реакций биологического синтеза называется пластическим обменом: из веществ, поступающих в клетку извне, образуются молекулы, подобные соединениям клетки, т.е. происходит ассимиляция. Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция – совокупность реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза – т.н. энергетический обмен. Энергетический обмен состоит из трех этапов: подготовительного, бескислородного и кислородного.

Важную роль в получении энергии клетками растений играет фотосинтез. Фотосинтез – это процесс образования органических молекул из неорганических за счет использования энергии света.

Основной теорией уровня является клеточная теория. Ее основные положения:

1. Клетка является структурно-функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов.

2. Клеткам присуще мембранное строение.

3. Ядро – главная составная часть клетки.

4. Клетки размножаются только делением.

5. Клеточное строение организма – свидетельство того, что растения и животные имеют единое происхождение.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒