Нуклеиновая кислота. Нуклеотид. Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК. Рибонуклеиновая кислота, или РНК. Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил. Комплементарность. Транспортная РНК (тРНК). Рибосомная РНК (рРНК). Информационная РНК (иРНК).
1. В чём заключается принцип комплементарности?
2. Что общего и какие различия имеются в строении молекул ДНК и РНК?
3. Какие типы молекул РНК вам известны? Какова их функция?
Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав: А – А—Г – Г—Ц – Ц—Ц – Т—Т—. Используя принцип комплементарности, достройте вторую цепь.
В молекуле ДНК тиминов насчитывается 24 % от общего числа азотистых оснований. Определите количество других азотистых оснований в этой молекуле.
Нобелевская премия 1962 г. была присуждена двум учёным – Дж. Уотсону и Ф. Крику, которые в 1953 г. предложили модель строения молекулы ДНК. Она была подтверждена экспериментально. Это открытие имело огромное значение для развития генетики, молекулярной биологии и других наук.
У вирусов, в отличие от других организмов, встречаются одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК.
§ 13. АТФ и другие органические соединения клетки
1. Какие виды энергии вам известны?
2. Почему для жизнедеятельности любого организма необходима энергия?
3. Какие витамины вам известны? Какова их роль?
АТФ. Строение. Функции. Нуклеотиды являются структурной основой для целого ряда важных для жизнедеятельности органических веществ. Наиболее широко распространёнными среди них являются макроэргические соединения (высокоэнергетические соединения, содержащие богатые энергией, или макроэргические, связи), а среди последних – аденозинтрифосфат (АТФ).
АТФ состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и (в отличие от нуклеотидов ДНК и РНК) трех остатков фосфорной кислоты (рис. 21).
Рис. 21. Строение молекулы АТФ
АТФ – универсальный хранитель и переносчик энергии в клетке. Практически все идущие в клетке биохимические реакции, которые требуют затрат энергии, в качестве её источника используют АТФ. При отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ), если отделяется ещё один остаток фосфорной кислоты (что бывает крайне редко), то АДФ переходит в аденозинмонофосфат (АМФ). При отделении третьего и второго остатков фосфорной кислоты освобождается большое количество энергии (до 40 кДж). Именно поэтому связь между этими остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом ~). Связь между рибозой и первым остатком фосфорной кислоты макроэргической не является, и при её расщеплении выделяется всего около 14 кДж энергии.
АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + 40 кДж, АДФ + Н2О → АМФ + Н3РО4 + 40 кДж.
Макроэргические соединения могут образовываться и на основе других нуклеотидов. Например, гуанозинтрифосфат (ГТФ) играет важную роль в ряде биохимических процессов, однако АТФ является наиболее распространённым и универсальным источником энергии для большинства биохимических реакций, протекающих в клетке. АТФ содержится в цитоплазме, митохондриях, пластидах и ядрах.
Витамины. Биологически активные органические соединения – витамины (от лат. vita – жизнь) совершенно необходимы в малых количествах для нормальной жизнедеятельности организмов. Они играют важную роль в процессах обмена, часто являясь составной частью ферментов.
Витамины обозначают латинскими буквами, хотя у каждого из них есть и название. Например, витамин С – аскорбиновая кислота, витамин А – ретинол и т. д. Одни витамины растворяются в жирах, и их называют жирорастворимыми (A, D, Е, К), другие – растворимы в воде (С, В, РР, Н) и соответственно называются водорастворимыми.
Как недостаток, так и избыток витаминов может привести к серьёзным нарушениям многих физиологических функций в организме.
Аденозинтрифосфат (АТФ). Аденозиндифосфат (АДФ). Аденозинмонофосфат (АМФ). Макроэргическая связь.
1. Какое строение имеет молекула АТФ?
2. Какую функцию выполняет АТФ?
3. Какие связи называются макроэргическими?
4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Сравните АТФ с ДНК и РНК. В чём их сходство и различия?
Витамины были открыты русским врачом Н. И. Луниным в 1880 г. Термин «витамины» предложен в 1912 г. польским учёным К. Функом. В настоящее время известно около 50 витаминов. Суточная потребность в витаминах очень мала. Так, для человека меньше всего требуется витамина В12 – 0,003 мг/сут, а больше всего – витамина С – 75 мг/сут.
§ 14. Строение клетки. Клеточная мембрана. Ядро
1. Перечислите царства живых организмов, клетки которых имеют ядро.
2. Трудами каких учёных была создана клеточная теория?
3. В чём основное отличие прокариотической клетки от эукариотической?
4. У всех ли эукариотических клеток есть ядро?
5. Каково строение клеточной мембраны?
Сходство принципов построения клеток. Описывая клеточную теорию, мы уже говорили о том, что каждая клетка способна к самостоятельной деятельности: она может обмениваться веществами и энергией с внешней средой, расти, размножаться. Поэтому внутреннее строение клеток очень сложно и в большой степени зависит от тех функций, которые клетка выполняет в многоклеточном организме. Казалось бы, трудно сравнить форму и строение мышечной клетки, клетки ткани листа и стрекательной клетки гидры, и тем не менее принципы построения всех клеток едины. Разные клетки имеют гораздо больше общего, чем кажется на первый взгляд (рис. 22, 23).
Мембрана клетки. Каждая клетка покрыта плазматической (цитоплазматической) мембраной, имеющей толщину 8–12 нм. Эта мембрана построена из двух слоёв липидов (билипидный слой, или бислой) (рис. 24). Каждая молекула липида образована гидрофильной головкой и гидрофобным хвостом. В биологических мембранах молекулы липидов располагаются головками наружу, а хвостами внутрь (друг к другу). Двойной слой липидов обеспечивает барьерную функцию мембраны, не давая содержимому клетки растекаться и препятствуя проникновению в клетку опасных для неё веществ. В билипидный слой мембраны погружены многочисленные молекулы белков. Одни из них находятся на внешней стороне мембраны, другие – на внутренней, а третьи пронизывают всю мембрану насквозь. Мембранные белки выполняют целый ряд важнейших функций. Некоторые белки являются рецепторами, с помощью которых клетка воспринимает различные воздействия на свою поверхность. Другие белки образуют каналы, по которым осуществляется транспорт различных ионов в клетку и из неё. Третьи белки являются ферментами, обеспечивающими процессы жизнедеятельности в клетке. Как вы уже знаете, пищевые частицы не могут пройти через мембрану; они проникают в клетку путём фагоцитоза или пиноцитоза (рис. 25). Общее название фаго– и пиноцитоза – эндоцитоз. Существует и обратный эндоцитозу процесс – экзоцитоз, когда вещества, синтезированные в клетке (например, гормоны), упаковываются в мембранные пузырьки, которые подходят к клеточной мембране, встраиваются в неё, и содержимое пузырька выбрасывается из клетки. Таким же образом клетка может избавляться и от ненужных ей продуктов обмена.
Рис. 22. Растительная клетка
Рис. 23. Животная клетка
Ядро клетки. Ядро – важнейшая структура в клетках эукариот. Оно представляет собой центр управления клетки и хранилище информации о ней. В ядре локализовано более 90 % клеточной ДНК – вещества, являющегося носителем наследственной информации.
Обычно ядро имеет шаровидную форму и отделено от цитоплазмы оболочкой, состоящей из двух мембран. Внутренняя мембрана – гладкая, а наружная переходит в каналы эндоплазматической сети (ЭПС). Общая толщина двумембранной ядерной оболочки составляет 30 нм. В ней имеется множество пор, по которым из ядра в цитоплазму выходят молекулы иРНК и тРНК (см. § 26), а в ядро из цитоплазмы проникают ферменты, молекулы АТФ, неорганических ионов и т. д.
Рис. 24. Строение клеточной мембраны
Обычно в клетке эукариот имеется только одно ядро. Его диаметр колеблется от 2 до 100 мкм в зависимости от вида клетки. Существуют клетки, вторично утратившие ядро (например, эритроциты человека), или многоядерные клетки (у одноклеточной инфузории туфельки – два ядра, а в клетках поперечнополосатых мышц и некоторых грибов – множество ядер).
