БИОПОЛИМЕРЫ. РНК, АТФ - ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ - КЛЕТКА — ЕДИНИЦА ЖИВОГО

Задачи. Сформировать знания о РНК: строение отдельного нуклеотида, соединение нуклеотидов в одну цепь, виды и функции РНК. Дать понятие о промежуточных и конечных органических молекулах, дать характеристику АТФ, кратко вспомнить значение витаминов и гормонов как конечных продуктов биосинтеза. Настроить на подготовку к зачету по данному разделу. Повторить материал и проконтролировать знания учащихся по теме «Строение и функции ДНК».

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, модель молекулы ДНК, кодограмма (приложение 1).

Ход урока:

Повторение. Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. В молекуле ДНК Т-нуклеотидов 20%. Определите процентное содержание остальных видов нуклеотидов.

2. В чем сходство и различие между белками и ДНК?

3. Как нуклеотиды ДНК соединяются в одну цепь, как две цепи нуклеотидов соединяются в одну молекулу?

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью таблиц, кодограммы (приложение 1).

Характеристика РНК. Молекулы РНК являются полимерами, мономерами которых являются рибонуклеотиды, образованные остатками трех веществ: пятиуглеродного сахара — рибозы; одним из азотистых оснований — из пуриновых — аденином или гуанином, из пиримидиновых — урацилом или цитозином; остатком фосфорной кислоты.

Молекула РНК представляет собой неразветвленный полинуклеотид, имеющий третичную структуру. В отличие от ДНК, она образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой. Однако ее нуклеотиды также способны образовывать водородные связи между собой, но это внутри, а не межцепочечные соединения комплементарных нуклеотидов. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

Информация о структуре молекулы РНК заложена в молекулах ДНК. Последовательность нуклеотидов в РНК комплементарна кодирующей цепи ДНК и идентична, за исключением замены тимина на урацил, некодирующей цепи. Если содержание ДНК в клетке относительно постоянно, то содержание РНК сильно колеблется. Наибольшее количество РНК в клетках наблюдается во время синтеза белка.

Существует три основных класса нуклеиновых кислот: информационная (матричная) РНК — иРНК (мРНК), транспортная РНК — тРНК, рибосомальная РНК — рРНК.

Информационные РНК. Наиболее разнообразный по размерам и стабильности класс. Все они являются переносчиками генетической информации из ядра в цитоплазму. Они служат матрицей для синтеза молекулы белка, т. к. определяют аминокислотную последовательность первичной структуры белковой молекулы. На долю иРНК приходится до 5% от общего содержания РНК в клетке.

Транспортные РНК. Молекулы транспортных РНК содержат обычно 75—86 нуклеотидов. Молекулярная масса молекул тРНК ≈ 25 000. Молекулы тРНК играют роль посредников в биосинтезе белка — они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, в рибосомы. В клетке содержится более 30 видов тРНК. Каждый вид тРНК имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех молекул имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, благодаря наличию которых все тРНК имеют третичную структуру, напоминающую по форме лист клевера.

Рибосомные РНК. На долю рибосомальных РНК (рРНК) приходится 80—85% от общего содержания РНК в клетке. Рибосомная РНК состоит из 3—5 тыс. нуклеотидов. В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы — органеллы, на которых происходит синтез белка. Основное значение рРНК состоит в том, что она обеспечивает первоначальное связывание иРНК и рибосомы и формирует активный центр рибосомы, в котором происходит образование пептидных связей между аминокислотами в процессе синтеза полипептидной цепи.

Характеристика АТФ. Кроме белков, жиров и углеводов в клетке синтезируется большое количество других органических соединений, которые условно можно разделить на промежуточные и конечные. Чаще всего получение определенного вещества связано с работой каталитического конвейера (большого числа ферментов) и с образованием промежуточных продуктов реакции, на которые действует следующий фермент. Конечные органические соединения выполняют в клетке самостоятельные функции. К конечным веществам можно отнести аминокислоты, глюкозу, нуклеотиды, АТФ, гормоны, витамины.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный переносчик и основной аккумулятор энергии в живых клетках. АТФ содержится во всех клетках растений и животных. Количество АТФ колеблется и в среднем составляет 0,04% (на сырую массу клетки). Наибольшее количество АТФ (0,2—0,5%) содержится в скелетных мышцах.

АТФ представляет собой нуклеотид, образованный остатками азотистого основания (аденина), сахара (рибозы) и фосфорной кислоты. В отличие от других нуклеотидов АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты. АТФ относится кмакроэргическим веществам — веществам, содержащим в своих связях большое количество энергии.

АТФ — нестабильная молекула: при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). Распаду может подвергаться и АДФ с образованием АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Так как гидролитическое отщепление концевых остатков требует затрат энергии, выход свободной энергии при отщеплении каждого концевого остатка составляет около 30,5 кДж. Отщепление третьей фосфатной группы сопровождается выделением только 13,8 кДж. Таким образом, АТФ имеет две макроэргические связи.

Вместе с тем при наличии в клетке свободной энергии осуществляется образование АТФ. Синтез АТФ происходит в основном в митохондриях. Для образования каждой макроэргической связи требуется 40 кДж.

Большую роль в жизнедеятельности многоклеточных организмов играют витамины. Витаминами считают такие органические соединения, которые данный организм синтезировать не может (или синтезирует в недостаточном количестве) и должен получать их вместе с пищей. Витамины, соединяясь с белками, образуют комплексы, ферменты. При недостатке в пище какого-либо витамина, из-за отсутствия фермента, нарушается нормальный обмен веществ, развивается тот или иной авитаминоз. Например, недостаток витамина С приводит к цинге, недостаток витамин В)2 — к анемии, нарушается нормальное образование эритроцитов.

Гормоны являются регуляторами, влияющими на работу отдельных органов и всего организма в целом. Они могут иметь белковую природу (гормоны гипофиза, поджелудочной железы) и могут относиться к липидам (половые гормоны), могут быть производными аминокислот (тироксин). Гормоны образуются как животными, так и растениями.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: РНК, АТФ. Д. З. § 1-5

Характеристика РНК, АТФ

Строение: полимер, одна полинуклеотидная цепь. Нуклеотид РНК состоит из остатков трех веществ:

Вместо тимина — урацил. Уридиловый нуклеотид.

Между комплементарными нуклеотидами образуются водородные связи, формируются специфические конформации молекул РНК.

Функции, участие в синтезе белка.

Виды: мРНК (иРНК), тРНК, рРНК.

Матричные РНК (около 5%). Переносят информацию о белке из ядра в цитоплазму. Длина до 30 000 нуклеотидов.

Рибосомные РНК (около 85%) синтезируются в ядре в области ядрышка, входят в состав рибосом. 3000— 5000 нуклеотидов.

Транспортные РНК (около 10%). Транспортируют аминокислоты в рибосомы. Более 30 видов, 76—85 нуклеотидов.

Приложение 2 . Карточка для работы у доски

Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы.

1. Где в клетках эукариот содержится ДНК?

2. Каковы размеры ДНК?

3. Какие пуриновые основания входят в состав молекулы ДНК?

4. Фрагмент ДНК содержит 30 ООО нуклеотидов. Происходит удвоение ДНК, сколько свободных нуклеотидов для этого потребуется?

5. Как нуклеотиды ДНК соединены в одну цепь?

6. Фрагмент ДНК содержит 30 ООО А-нуклеотидов. Происходит удвоение ДНК, сколько А- и Т-нуклеотидов для этого потребуется?

7. Фрагмент ДНК содержит 30 ООО А-нуклеотидов и 40 000 Ц-нуклеотидов. Сколько Т- и Г-нуклеотидов в данном фрагменте?

8. Какие ученые в 1953 году предложили модель строения молекулы ДНК?

9. Каковы функции ДНК в клетке?

10. Как располагаются цепи нуклеотидов в молекуле ДНК?

Записав ответы, садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование

Задание 5. «Нуклеиновые кислоты. ДНК»

**Тест 1. Где в клетках эукариот содержится ДНК?

1. В цитоплазме.

2. В ядре.

3. В рибосомах.

4. В митохондриях.

5. В пластидах.

6. В комплексе Гольджи.

Тест 2. Каковы размеры ДНК?

1. Ширина 20 мкм, длина до 8 см.

2. Ширина 2 мкм, длина до 8 см.

3. Ширина 20 нм, длина до 8 см.

4. Ширина 2 нм, длина до 8 см.

**Тест 3. Какие пуриновые основания входят в состав молекулы ДНК?

1. Аденин.

2. Гуанин.

3. Тимин.

4. Цитозин.

Тест 4. Фрагмент ДНК содержит 30 000 нуклеотидов. Происходит удвоение ДНК, сколько свободных нуклеотидов для этого потребуется?

1. 60 000.

2. 45 000.

3. 30 000.

4. 15 000.

Тест 5. Как нуклеотиды ДНК соединены в одну цепь?

1. Через остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида и 3'-атом дезоксирибозы другого.

2. Через остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида и азотистое основание другого.

3. Через остатки фосфорной кислоты соседних нуклеотидов.

4. Через дезоксирибозы соседних нуклеотидов.

Тест 6. Фрагмент ДНК содержит 30 000 А-нуклеотидов. Происходит удвоение ДНК, сколько А- и Т-нуклеотидов для этого потребуется?

1. А — 60 000, Т — 60 000.

2. А — 30 000, Т — 30 000.

3. А — 15 000, Т - 15 000.

4. Данных для ответа недостаточно.

Тест 7. Фрагмент ДНК содержит 30 000 А-нуклеотидов и 40 000 Ц-нуклеотидов. Сколько Т- и Г-нуклеотидов в данном фрагменте?

1. Т — 40 000, Г — 30 000.

2. Т — 30 000, Г — 40 000.

3. Т — 60 000, Г — 80 000.

4. Данных для ответа недостаточно.

**Тест 8. Какие ученые в 1953 году предложили модель строения молекулы ДНК?

1. Ф. Крик.

2. Г. Мендель.

3. Т. Морган.

4. Д. Уотсон.

Тест 9. Каковы функции ДНК в клетке?

1. Один из основных источников энергии.

2. Принимает непосредственное участие в синтезе белков.

3. Обеспечивает синтез углеводов и липидов в клетке.

4. Участвует в хранении и передаче наследственной информации.

**Тест 10. Какие суждения верны?

1. Цепи нуклеотидов в молекуле ДНК антипараллельны.

2. Между А- и Т-нуклеотидами 2 водородные связи, между Г- и Ц-нуклеотидами 3 водородные связи.

3. А- и Т-нуклеотиды относятся к пиримидиновым нуклеотидам.

4. В состав нуклеотидов ДНК входит сахар рибоза.