Молекулярные основы живых систем Особенности живых организмов 1

Молекулярные основы живых систем Особенности живых организмов 1. 2. 3. 4. 5. 6. Наличие и консервативность генетической информации Способность к воспроизводству Матричный синтез сложных биомолекул Ограниченное число классов химических соединений Исключительное разнообразие молекул внутри классов Построение сложных молекул из ограниченного набора простых «блоков» 7. Исключительно высокая организация систем 8. Высокая скорость протекания химических реакций (ферментативные реакции) 9. …

Молекулярные основы живых систем Живые организмы Надцарство Прокариоты (безядерные) Ц А Р 1 - бактерии Надцарство Эукариоты (с ядром) С Т В А 4 - растения 2 - архибактерии водоросли 3 - протисты зооспоровые грибы 5 - грибы простейшие животные 6 - животные

Науке известно: Царство Животные Растения Грибы Бактерии Вирусы Число видов 1500000 300000 100000 6000 800 *Н. М. Кожевников. Концепции Современного Естествознания. www. nimiko. euro. ru/book/133. JPG

Схема прокариотической клетки www. college. ru

Схема эукариотической клетки www. neoesthetic. ru Клеточная или цитоплазматическая оболочка полупроницаемая структура, окружающая клетку. Ядро – основополагающая органелла клетки – «хранилище» генетической информации. Ядрышки - сферические органеллы внутри ядра, участвуют в образовании рибосом. Митохондрии - органеллы, в которых протекают энергетически важные процессы (клеточное дыхание). Рибосомы - органеллы, на которых синтезируются белки. Цитоплазма - вещество, заполняющее внутриклеточное пространство (основа – вода). Центросома - участвует в митозе или делении клеток. Центриоли - центральные части центросомы. Лизосомы- органеллы, ответственные за переваривание веществ, поступающих в клетку. Вакуоли - пузырьки в цитоплазме, заполненные клеточной жидкостью. Внутриклеточные нити – «каркас клетки» . Микроворсинки - складки и выпуклости цитоплазматической оболочки, обеспечивающие прохождение веществ через нее. Эндоплазматический ретикулум: складчатый – участвует в транспорте синтезированных на рибосоме белков гладкий – участвует в транспорте липидов (жиров).

Пример органеллы: Митохондрия – «энергетическая станция» клетки

Процессы, протекающие в организме. Термины. • Метаболизм (от греческого «превращение, изменение» ), обмен веществ — совокупность всех химических реакций, протекающих в живой клетке в рамках сложного процесса превращения химических веществ в организме, обеспечивающих его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом. • Катаболизм — совокупность процессов метаболического распада, разложения на более простые вещества или окисления каких-либо веществ, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ. • Анаболизм— совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон метаболизма, направленных на образование составных частей клеток и тканей. • Катаболизм и анаболизм – противоположно направлены.

Энергетика живого • АТФ – универсальная энергетическая «валюта» живого

Энергетика живого : АТФ - цикл

Энергетика живого : другие высокоэнергетические вещества

Нуклеиновые кислоты • ДНК – 2’-дезоксирибонулеиновая кислота «Хранилище» генетической информации • РНК – рибонуклеиновая кислота Передача генетической информации м. РНК – матричная (информационная) РНК – информация о последовательности аминокислот в белках т. РНК – транспортная РНК – «доставка» аминокислот р. РНК – рибосомная РНК – компонент рибосом

Центральная догма молекулярной биологии upload. wikimedia. org/wikipedia/ macroevolution. narod. ru

ДНК – 2’-дезоксирибонуклеиновые кислоты : структурные единицы

ДНК – 2’-дезоксирибонуклеиновые кислоты : первичная структура

ДНК – 2’-дезоксирибонуклеиновые кислоты : дуплекс А_Т G_C 2 водородные связи 3 водородные связи

ДНК – 2’-дезоксирибонуклеиновые кислоты : двухцепочечная спираль www. vokrugsveta. ru www. t-l. ru www. xumuk. ru

ДНК – 2’-дезоксирибонуклеиновые кислоты : денатурация двухцепочечной спирали

ДНК – 2’-дезоксирибонуклеиновые кислоты : высшие уровни структуры бактерии животные www. xumuk. ru Кольцевая ДНК Суперспираль vivovoco. astronet. ru

ДНК – 2’-дезоксирибонуклеиновые кислоты : репликативная вилка upload. wikimedia. org

РНК –рибонуклеиновые кислоты : структурные единицы

РНК –рибонуклеиновые кислоты : первичная структура

ДНК и РНК : транскрипция www. strf. ru

РНК –рибонуклеиновые кислоты : структура т. РНК www. keldish. ru www. xumuk. ru

РНК –рибонуклеиновые кислоты : процесс трансляции images. nature. web. ru/nature

Универсальный генетический код

Основные биологически важные классы соединений Организм Органические вещества 1. Белки 2. Нуклеиновые кислоты Неорганические вещества 4. Липиды 3. Углеводы 5. Витамины 6. Гормоны 7. Интермедиаты основного метаболизма 8. …. . 1. 2. 3. 4. 5. 6. Вода Микроэлементы Неорганические соли Карбонаты (буферы) Растворенные газы ……

Белки : разнообразие в природе Тип белка Функции Ферменты Катализ Альбумины Транспорт Антитела, глобулины Иммунитет, узнавание Интерфероны Защита Актин, миозин Мышечное сокращение Рецепторы, гормоны Узнавание, передача сигнала, регуляция Структурные Построение органов и тканей Гистоны Компактизация ДНК Ингибиторы Регуляция

Белки: уровни структурной организации Четырехуровневая иерархия 1. Первичная 2. Вторичная 3. Третичная 4. Четвертичная Шестиуровневая иерархия 1. Первичная 2. Вторичная 3. Сверхвторичная 4. Домены 5. Глобулярный белок 6. Ассоциаты

Белки : первичная структура Белки – биомолекулы, построенные из остатков α-аминокислот L- α-аминокислота

Канонические аминокислоты Радикалы аминокислот неполярные алифатические ароматические полярные заряженные положительно незаряженные отрицательно исключения

Белки : первичная структура

Белки : первичная структура. Торсионные углы и карты Рамачандрана kodomo. cmm. msu. ru

Белки : структуры высших уровней ЭТИ СТРУКТУРЫ СУЩЕСТВУЮТ РЕАЛЬНО В ПРОСТРАНСТЕ ! Силы, поддерживающие структуры высших уровней – НЕВАЛЕНТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 1. Дисперсионные силы притяжения и отталкивание U(r) = 4ε [(σ/r)12 - (σ/r)6 электронных оболочек ] 2. Электростатические взаимодействия подчиняются закону Кулона зависят от диэлектрической постоянной среды 3. Водородные связи электростатическая природа наиболее выгодны при линейном расположении 4. Гидрофобные взаимодействия ΔG = ΔH - T ΔS Клатратная ( «замороженная» ) вода вокруг неполярных радикалов Уход от контакта с водой, выигрыш в энтропии растворителя

Белки: вторичные структуры Вторичная структура – это способ укладки полипептидной цепи в пространстве, реализуемый за счет водородных связей между -С=О и –NH группами полипептидного остова; вклад боковых радикалов при этом второстепенен. Вторичные структуры Спирали Складчатые листы

Белки: вторичные структуры i, i+5 4, 3 ост. /виток biosreenivas. blogspot. com i, i+4 3, 6 ост. /виток i, i+3 3, 0 ост. /виток

Белки: вторичные структуры 310 -спираль www. imb-jena. de

Белки: вторичные структуры α-спираль www. imb-jena. de kodomo. cmm. msu. ru

Белки: вторичные структуры -спираль www. imb-jena. de

Белки: вторичные структуры β-складчатый лист cmgm. stanford. edu www. phys. unsw. edu. au www. hgs-model. com kodomo. cmm. msu. ru

Белки: сверхвторичные структуры Тип: α-спираль/поворот/α-спираль РНК связывающий белок swissmodel. expasy. org Тип: 4 α-спирали Цитохром с’

Белки: сверхвторичные структуры Тип: β-сэндвич Ретинол связывающий белок Тип: β-бочонок Порин Тип: βαβαβ (по Россману) Нуклеотид связывающие белки Тип: α/β-подкова Ингибитор рибонуклеазы swissmodel. expasy. org

Белки: домены Домены структурные и функциональные Компьютерное моделирование Пируват киназа www. bioinfotool. org upload. wikimedia. org

Белки: глобулярный белок Продукт сворачивания одной полипептидной цепи Хеликаза XPD www. vechnayamolodost. ru

Белки: ассоциаты Гемоглобин kvhs. nbed. nb. ca www. mcat 45. com

Белки: ассоциаты Ассоциаты – олигомерные белки гомоолигомеры гетероолигомеры П Р Е И М У Щ Е С Т В А 1. Экономия генетического материала 2. Снижение потерь при нерегулярности мембран 3. Снижение цены ошибки при трансляции 1. Полифункциональный катализ ( «конвейер» ) 2. Уникальная геометрия ассоциатов

Ферменты www. distedu. ru

Ферменты Причины ускорения Ингибирование content. answers. com

Фибриллярные белки α-Кератин – основной компонент волос www. the-piedpiper. co. uk www. biology. iupui. edu

Фибриллярные белки Коллаген – основной компонент кожи и органического вещества костей Индивидуальная спираль Тропоколлаген – тройная суперспираль www. 3 dchem. com www. protres. ru www. steve. gb. com

Фибриллярные белки Коллаген www. sciencedaily. com www. naturcollagen. ru www. protres. ru

Фибриллярные белки Мышечное сокращение: актин и миозин www. edcenter. sdsu. edu images. nature. web. ru

Основные биологически важные классы соединений (СН 2 О)n кетозы олигосахариды полисахариды Степень полимеризации Углеводы Число атомов углерода 3 - триозы 4 - тетрозы 5 - пентозы 6 - гексозы Геометрия молекулы альдозы Природа карбонильной группы моносахариды 7 - гептозы линейные циклические

Углеводы : моносахариды Способы представления : проекция Фишера и абсолютная конфигурация

Углеводы : моносахариды Способы представления : проекция Хеоурса и конформационная формула

Углеводы : моносахариды Наиболее важные представители

Углеводы : олигосахариды

Углеводы : полисахариды растений Крахмал www. dkimages. com www. xumuk. ru www. elmhurst. edu

Углеводы : полисахариды растений Крахмал www. cheng. cam. ac. uk www. cultinfo. ru

Углеводы : полисахариды растений Целлюлоза www. emc. maricopa. edu www. jrs. de www. chem. gla. ac. uk

Углеводы : полисахариды растений Целлюлоза genomics. energy. gov

Углеводы : полисахариды животных Гликоген www. center. osaka-wu. ac. jp upload. wikimedia. org

Углеводы : полисахариды животных Хитин и хитозан members. tripod. com

Углеводы : полисахариды животных Хитин – основной компонент экзоскелета насекомых и ракообразных www. yskf. jp porpax. bio. miami. edu

Липиды: общая классификация Липиды – вещества неполярной или амфифильной природы с низкой растворимостью в воде 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Воска Триацилглицериды (жиры и масла) Фосфолипиды (фосфоглицериды, церебразиды) Стероиды Водонерастворимые гормоны Вещества – предшественники Компоненты липопротеинов и гликолипидов …

Липиды : триацилглицериды Капля жира в молоке Жировая клетки (адипоциты) www. biologicalprocedures. com bodybuilding-fitness 101. com Жировая ткань www. tooelehealth. org

Фосфолипиды : диацилглицериды www. agen. ufl. edu

Биомембраны: жидкостно-мозаичная модель Сингера-Николсона cellbiology. med. unsw. edu. au

Биомембраны: типы транспорта

Биомембраны: трансмембранные насосы www. ac-creteil. fr

Молекулярные моторы АТФ-синтетаза www. soe. ucsc. edu