Hlavnými prírodnými polymérmi sú nukleové kyseliny. Prezentácia na tému: Vyššie prírodné polyméry - Proteíny a nukleové kyseliny. Polyméry: všeobecná charakteristika

Najmodernejšie stavebné materiály lieky, tkaniny, domáce potreby, obaly a spotrebný materiál sú polyméry. Ide o celú skupinu zlúčenín, ktoré majú charakteristické rozlišovacie znaky. Je ich veľa, no napriek tomu počet polymérov stále rastie. Syntetickí chemici totiž každoročne objavujú stále viac nových látok. Zároveň to bol prírodný polymér, ktorý bol vždy mimoriadne dôležitý. Aké sú tieto úžasné molekuly? Aké sú ich vlastnosti a aké sú vlastnosti? Na tieto otázky odpovieme v priebehu článku.

Polyméry: všeobecná charakteristika

Z hľadiska chémie sa za polymér považuje molekula s obrovskou molekulovou hmotnosťou: od niekoľkých tisíc do miliónov jednotiek. Okrem tejto vlastnosti však existuje niekoľko ďalších, podľa ktorých možno látky presne klasifikovať ako prírodné a syntetické polyméry. to:

• neustále sa opakujúce monomérne jednotky, ktoré sú spojené pomocou rôznych interakcií;
• stupeň polymerázy (t.j. počet monomérov) musí byť veľmi vysoký, inak sa zlúčenina bude považovať za oligomér;
• určitá priestorová orientácia makromolekuly;
• súbor dôležitých fyzikálno-chemických vlastností, ktoré sú charakteristické len pre túto skupinu.

Vo všeobecnosti je látka polymérnej povahy pomerne ľahko odlíšiteľná od ostatných. Stačí sa pozrieť na jeho vzorec, aby sme ho pochopili. Typickým príkladom je známy polyetylén, široko používaný v každodennom živote a priemysle. Je to produkt, do ktorého vstupuje etén alebo etylén. Všeobecná reakcia je napísaná takto:

nCH2 \u003d CH2 → (-CH-CH-) n, kde n je stupeň polymerizácie molekúl, ktorý ukazuje, koľko monomérnych jednotiek je zahrnutých v jeho zložení.

Ako príklad možno tiež uviesť prírodný polymér, ktorý je každému dobre známy, je to škrob. Okrem toho do tejto skupiny zlúčenín patrí amylopektín, celulóza, kurací proteín a mnohé ďalšie látky.

Reakcie, v dôsledku ktorých sa môžu vytvárať makromolekuly, sú dvoch typov:

• polymerizácia;
• polykondenzácia.

Rozdiel je v tom, že v druhom prípade sú produkty interakcie s nízkou molekulovou hmotnosťou. Štruktúra polyméru môže byť rôzna, závisí od atómov, ktoré ho tvoria. Často existujú lineárne formy, ale existujú aj trojrozmerné siete, veľmi zložité.

Ak hovoríme o silách a interakciách, ktoré držia monomérne jednotky pohromade, potom môžeme identifikovať niekoľko hlavných:

• Van der Waalsove sily;
• chemické väzby (kovalentné, iónové);
• elektrostatická interakcia.

Všetky polyméry nemožno kombinovať do jednej kategórie, pretože majú úplne inú povahu, spôsob tvorby a vykonávajú rôzne funkcie. Ich vlastnosti sa tiež líšia. Preto existuje klasifikácia, ktorá umožňuje rozdeliť všetkých zástupcov tejto skupiny látok do rôznych kategórií. Môže byť založený na niekoľkých funkciách.

Klasifikácia polymérov

Ak vezmeme za základ kvalitatívne zloženie molekúl, potom všetky uvažované látky možno rozdeliť do troch skupín.

1. Organické - to sú tie, ktoré zahŕňajú atómy uhlíka, vodíka, síry, kyslíka, fosforu, dusíka. Teda tie prvky, ktoré sú biogénne. Príklady zahŕňajú veľa: polyetylén, polyvinylchlorid, polypropylén, viskóza, nylon, prírodný polymér - proteín, nukleové kyseliny atď.
2. Elementorganic - tie, ktoré obsahujú nejaký druh cudzích anorganických látok a nie Najčastejšie je to kremík, hliník alebo titán. Príklady takýchto makromolekúl: sklenené polyméry, kompozitné materiály.
3. Anorganický - reťazec je založený na atómoch kremíka, nie na uhlíku. Súčasťou bočných vetiev môžu byť aj radikály. Boli objavené pomerne nedávno, v polovici 20. storočia. Používa sa v medicíne, stavebníctve, strojárstve a iných odvetviach. Príklady: silikón, rumelka.

Ak polyméry rozdelíme podľa pôvodu, môžeme rozlíšiť tri skupiny.

1. Prírodné polyméry, ktorých použitie bolo široko používané už od staroveku. Sú to také makromolekuly, na vytvorenie ktorých človek nevynaložil žiadne úsilie. Sú produktom reakcií samotnej prírody. Príklady: hodváb, vlna, bielkoviny, nukleové kyseliny, škrob, celulóza, koža, bavlna a iné.
2. Umelé. Ide o makromolekuly, ktoré vytvára človek, no na báze prírodných analógov. To znamená, že vlastnosti už existujúceho prírodného polyméru sú jednoducho vylepšené a zmenené. Príklady: umelé
3. Syntetické - to sú polyméry, na ktorých tvorbe sa podieľa iba človek. Neexistujú pre ne žiadne prírodné analógy. Vedci vyvíjajú metódy na syntézu nových materiálov, ktoré by sa zlepšili Technické špecifikácie. Tak sa rodia syntetické polymérne zlúčeniny rôzneho druhu. Príklady: polyetylén, polypropylén, umelý hodváb atď.

Existuje ďalší znak, ktorý je základom rozdelenia posudzovaných látok do skupín. to reaktivita a tepelnú odolnosť. Pre tento parameter existujú dve kategórie:

• termoplast;
• termoset.

Najstarším, najdôležitejším a obzvlášť cenným je stále prírodný polymér. Jeho vlastnosti sú jedinečné. Preto budeme ďalej uvažovať o tejto kategórii makromolekúl.

Aká látka je prírodný polymér?

Aby sme odpovedali na túto otázku, pozrime sa najprv okolo seba. Čo nás obklopuje? Živé organizmy okolo nás, ktoré sa živia, dýchajú, rozmnožujú, kvitnú a produkujú ovocie a semená. A čo predstavujú z molekulárneho hľadiska? Ide o spojenia ako:

• proteíny;
• nukleové kyseliny;
• polysacharidy.

Každá z vyššie uvedených zlúčenín je teda prírodný polymér. Ukazuje sa teda, že život okolo nás existuje len vďaka prítomnosti týchto molekúl. Od staroveku ľudia používali hlinu, stavebné zmesi a malty na spevnenie a vytvorenie domova, tkali priadzu z vlny a používali bavlnu, hodváb, vlnu a zvieraciu kožu na vytváranie odevov. Prírodné organické polyméry sprevádzali človeka vo všetkých štádiách jeho formovania a vývoja a v mnohých smeroch mu pomohli dosiahnuť výsledky, ktoré máme dnes.

Príroda sama dala všetko preto, aby život ľudí bol čo najpohodlnejší. Postupom času bola objavená guma, objasnili sa jej pozoruhodné vlastnosti. Človek sa naučil používať škrob na potravinárske účely a celulózu na technické účely. Gáfor je tiež prírodný polymér, ktorý je tiež známy už od staroveku. Živice, proteíny, nukleové kyseliny sú všetky príklady uvažovaných zlúčenín.

Štruktúra prírodných polymérov

Nie všetci zástupcovia tejto triedy látok sú usporiadaní rovnakým spôsobom. Prírodné a syntetické polyméry sa teda môžu výrazne líšiť. Ich molekuly sú orientované tak, aby bolo z energetického hľadiska najvýhodnejšie a najpohodlnejšie existovať. Mnohé prírodné druhy sú zároveň schopné napučiavať a pri tom sa mení ich štruktúra. Existuje niekoľko najbežnejších možností pre štruktúru reťazca:

• lineárny;
• rozvetvený;
• stelát;
• plochý;
• sieťovina;
• páska;
• hrebeňovitý.

Umelí a syntetickí zástupcovia makromolekúl majú veľmi veľkú hmotnosť, obrovský počet atómov. Sú vytvorené so špeciálne špecifikovanými vlastnosťami. Preto ich štruktúru pôvodne plánoval človek. Prírodné polyméry majú najčastejšie lineárnu alebo sieťovú štruktúru.

Príklady prírodných makromolekúl

Prírodné a umelé polyméry majú k sebe veľmi blízko. Koniec koncov, prvé sa stávajú základom pre vytvorenie druhého. Existuje mnoho príkladov takýchto premien. Poďme sa na niektoré z nich pozrieť.

1. Obyčajný mliečnobiely plast je produkt získaný úpravou celulózy kyselinou dusičnou s prídavkom prírodného gáfru. Polymerizačná reakcia spôsobí, že výsledný polymér stuhne a stane sa požadovaným produktom. A plastifikátor - gáfor, spôsobuje, že pri zahrievaní zmäkne a zmení svoj tvar.
2. Acetátový hodváb, meď-amoniakové vlákno, viskóza - to všetko sú príklady tých nití, vlákien, ktoré sa získavajú na báze celulózy. Ľanové a ľanové tkaniny nie sú také odolné, nie sú lesklé, ľahko sa pokrčia. Umelé analógy týchto nedostatkov sú však zbavené, čo robí ich použitie veľmi atraktívnym.
3. Umelé kamene, stavebné materiály, zmesi, náhrady kože sú tiež príklady polymérov získaných z prírodných surovín.

Látka, ktorá je prírodným polymérom, sa dá použiť aj v pravej forme. Existuje tiež veľa takýchto príkladov:

• kolofónia;
• jantár;
• škrob;
• amylopektín;
• celulóza;
• vlna;
• bavlna;
• hodváb;
• cement;
• hlina;
• vápno;
• proteíny;
• nukleové kyseliny a pod.

Je zrejmé, že trieda zlúčenín, o ktorých uvažujeme, je veľmi početná, prakticky dôležitá a významná pre ľudí. Teraz sa pozrime bližšie na niekoľkých zástupcov prírodných polymérov, po ktorých je v súčasnosti veľký dopyt.

Hodváb a vlna

Vzorec prírodného hodvábneho polyméru je zložitý, pretože chemické zloženie vyjadrené týmito zložkami:

• fibroín;
• sericín;
• vosky;
• tukov.

Samotný hlavný proteín, fibroín, obsahuje vo svojom zložení niekoľko druhov aminokyselín. Ak si predstavíte jeho polypeptidový reťazec, potom bude vyzerať asi takto: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH (CH 3) -CO-NH-CH 2 -CO-) n. A toto je len časť toho. Ak si predstavíme, že k tejto štruktúre je pomocou van der Waalsových síl pripojená rovnako zložitá molekula sericínového proteínu a spolu sú zmiešané do jednej konformácie s voskom a tukmi, potom je jasné, prečo je ťažké znázorniť vzorec z prírodného hodvábu.

Dnes väčšinu tohto produktu dodáva Čína, pretože na jej otvorených priestranstvách sa nachádza prirodzený biotop pre hlavného producenta – priadku morušovú. Predtým, počnúc od najstarších čias, bol prírodný hodváb veľmi cenený. Oblečenie z nej si mohli dovoliť len vznešení, bohatí ľudia. Dnes mnohé vlastnosti tejto tkaniny ponechávajú veľa požiadaviek. Napríklad je silne zmagnetizovaný a zvrásnený, navyše vplyvom slnka stráca lesk a vybledne. Preto sa viac používajú umelé deriváty na jeho základe.

Vlna je tiež prírodný polymér, pretože je odpadovým produktom kože a mazových žliaz zvierat. Na základe tohto proteínového produktu sa vyrába úplet, ktorý je rovnako ako hodváb hodnotným materiálom.

škrob

Prírodný polymérny škrob je odpadový produkt rastlín. Produkujú ho ako výsledok procesu fotosyntézy a hromadia sa v rôznych častiach tela. Jeho chemické zloženie:

• amylopektín;
• amylóza;
• alfa glukóza.

Priestorová štruktúra škrobu je veľmi rozvetvená, neusporiadaná. Vďaka amylopektínu obsiahnutému v kompozícii je schopný napučať vo vode a premeniť sa na takzvanú pastu. Tento sa používa v strojárstve a priemysle. Medicína, potravinársky priemysel, výroba lepidiel na tapety sú tiež oblasti použitia tejto látky.

Medzi rastlinami obsahujúcimi maximálne množstvo škrobu môžeme rozlíšiť:

• kukurica;
• zemiak;
• pšenica
• maniok;
• ovos;
• pohánka;
• banány;
• cirok.

Na základe tohto biopolyméru sa pečie chlieb, vyrábajú cestoviny, varia kissels, cereálie a iné potravinárske výrobky.

Celulóza

Z hľadiska chémie je táto látka polymérom, ktorého zloženie je vyjadrené vzorcom (C 6 H 5 O 5) n. Monomérnym článkom v reťazci je beta-glukóza. Hlavnými miestami obsahu celulózy sú bunkové steny rastlín. Preto je drevo cenným zdrojom tejto zlúčeniny.

Celulóza je prírodný polymér, ktorý má lineárnu priestorovú štruktúru. Používa sa na výrobu nasledujúcich typov výrobkov:

• výrobky z celulózy a papiera;
• umelá kožušina;
• rôzne druhy umelých vlákien;
• bavlna
• plasty;
• bezdymový prášok;
• filmový pás a pod.

Je zrejmé, že jeho priemyselná hodnota je veľká. Aby sa daná zlúčenina mohla použiť pri výrobe, musí sa najskôr extrahovať z rastlín. Robí sa to dlhodobým varením dreva v špeciálnych zariadeniach. Ďalšie spracovanie, ako aj činidlá používané na trávenie, sa líšia. Existuje niekoľko spôsobov:

• siričitan;
• dusičnan;
• sóda;
• sulfát.

Po takomto spracovaní produkt stále obsahuje nečistoty. Je založený na ligníne a hemicelulóze. Aby ste sa ich zbavili, hmota sa ošetrí chlórom alebo zásadami.

V ľudskom tele sa nenachádzajú také biologické katalyzátory, ktoré by dokázali tento zložitý biopolymér rozložiť. Niektoré živočíchy (bylinožravce) sa tomu však prispôsobili. V žalúdku majú určité baktérie, ktoré to robia za nich. Na oplátku mikroorganizmy dostávajú energiu pre život a prostredie. Táto forma symbiózy je mimoriadne výhodná pre obe strany.

Guma

Je to prírodný polymér s cenným hospodárskym významom. Prvýkrát ho opísal Robert Cook, ktorý ho objavil na jednej zo svojich ciest. Stalo sa to takto. Po pristátí na ostrove, ktorý obývali jemu neznámi domorodci, bol nimi pohostinne prijatý. Jeho pozornosť upútali miestne deti, ktoré sa hrali s nezvyčajným predmetom. Toto guľovité telo sa odrazilo od podlahy a odrazilo sa vysoko nahor, potom sa vrátilo.

Keď sa Cook spýtal miestneho obyvateľstva, z čoho je táto hračka vyrobená, zistil, že šťava jedného zo stromov, hevea, týmto spôsobom stvrdne. Oveľa neskôr sa zistilo, že ide o gumový biopolymér.

Chemická podstata tejto zlúčeniny je známa – ide o izoprén, ktorý prešiel prirodzenou polymerizáciou. Vzorec kaučuku (C 5 H 8) n. Jeho vlastnosti, vďaka ktorým je tak vysoko cenený, sú nasledovné:

• elasticita;
• odolnosť proti opotrebovaniu;
• elektrická izolácia;
• vodeodolný.

Existujú však aj nevýhody. V chlade sa stáva krehkým a krehkým a v teple sa stáva lepkavým a viskóznym. Preto bolo potrebné syntetizovať analógy umelej alebo syntetickej bázy. Dnes sa kaučuky široko používajú na technické a priemyselné účely. Najdôležitejšie produkty založené na nich:

• guma;
• ebonity.

Amber

Je to prírodný polymér, pretože vo svojej štruktúre ide o živicu, jej fosílnu formu. Priestorová štruktúra je rámový amorfný polymér. Je veľmi horľavý a môže sa zapáliť zápalkovým plameňom. Má luminiscenčné vlastnosti. Ide o veľmi dôležitú a cennú vlastnosť, ktorá sa používa v šperkoch. Šperky na báze jantáru sú veľmi krásne a žiadané.

Okrem toho sa tento biopolymér používa aj na lekárske účely. Vyrába sa z neho aj brúsny papier, laky na rôzne povrchy.

Nukleové kyseliny- prírodné organické vysokomolekulové organické zlúčeniny zabezpečujúce ukladanie a prenos dedičných (genetických) informácií v živých organizmoch.

Nukleové kyseliny sú DNA (deoxyribonukleová kyselina) a RNA (ribonukleová kyselina). Boli objavené v roku 1869 F. Miescherom v jadrách leukocytov a nazývané jadrové, pretože. nucleus - jadro (nucleus).

Biopolymér, ktorého monomér je nukleotid. DNA je polynukleotid s veľmi veľkou molekulovou hmotnosťou. Jedna molekula môže obsahovať 108 alebo viac nukleotidov. Nukleotid pozostáva z päťatómového deoxyribózového cukru, zvyšku kyseliny fosforečnej a jednej dusíkatej bázy. Existujú len štyri dusíkaté zásady – adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T). Existujú teda iba štyri nukleotidy: adenín, guanín, cytozín a tymín (obr. 10).

Ryža. 10. Schéma štruktúry DNA. 11. Štruktúra úseku molekuly DNA

Poradie nukleotidov v DNA sa líši od organizmu k organizmu.

V roku 1953 D. Watson a F. Crick zostrojili priestorový model DNA. K tomuto objavu prispeli dva experimentálne pokroky:

1) Chargaff dostal čisté vzorky DNA a analyzoval sa na počet báz v každej vzorke. Ukázalo sa, že bez ohľadu na to, z ktorého organizmu bola DNA izolovaná, množstvo adenínu sa rovná množstvu tymínu ( A = T) a množstvo guanínu sa rovná množstvu cytozínu ( G = C);

2) Wilkins a Franklin získali dobrý obraz DNA pomocou röntgenového žiarenia (obr. 12).

Molekula DNA pozostáva z dvoch reťazcov navzájom spojených a vyzerá ako povrazový rebrík (obr. 11). Strany schodov sú skrútené ako elektrické drôty. Po stranách sa strieda cukor a kyselina fosforečná. Priečky tohto rebríčka sú dusíkaté bázy spojené podľa princípu komplementarity (A \u003d T; G ​​​​\u003d C). Medzi adenínom a tymínom je dvojitá vodíková väzba a medzi guanínom a cytozínom je trojitá vodíková väzba.

Ryža. 13 Štruktúra nukleotidu

Šírka dvojitej špirály je 1,7 nm, jeden závit obsahuje 10 párov báz, dĺžka závitu je 3,4 nm, vzdialenosť medzi nukleotidmi je 0,34 nm. Pri kombinácii s určitými proteínmi – histónmi – sa zvyšuje stupeň spiralizácie molekuly. Molekula sa zahusťuje a skracuje. V budúcnosti dosiahne špirála maximum, špirála sa objaví ešte viac vysoký stupeň- supercoil. V tomto prípade sa molekula stane viditeľnou vo svetelnom mikroskope ako predĺžené, dobre zafarbené telo - chromozóm.

syntéza DNA

DNA je súčasťou chromozómov (komplex DNA s histónovým proteínom tvorí 90 % chromozómu. Vynára sa otázka, prečo po delení bunky počet chromozómov neklesá, ale zostáva rovnaký. Pretože pred delením bunky dochádza k zdvojnásobeniu vyskytuje (syntéza) DNA a následne zdvojnásobenie chromozómov. Pod vplyvom enzýmu nukleázy dochádza k prerušeniu vodíkových väzieb medzi dusíkatými bázami v určitom úseku DNA a dvojvlákno DNA sa začína odvíjať, jedno vlákno sa vzďaľuje od druhého. Z voľných nukleotidov, ktoré sú v bunkovom jadre pôsobením enzýmu DNA polymeráza vybudujú sa doplnkové vlákna. Každé z oddelených párových vlákien molekuly DNA slúži ako matrica na vytvorenie ďalšieho komplementárneho vlákna okolo neho. Potom sa každá stará (materská) a nová (dcérska) niť opäť skrútia vo forme špirály. V dôsledku toho vznikajú dve nové úplne identické dvojzávitnice (obr. 14).

Reprodukovateľnosť je veľmi dobrá dôležitá vlastnosť molekuly DNA.

Ryža. 14. "Materská" DNA slúži ako templát na syntézu komplementárnych reťazcov

Funkcia DNA v bunke

Kyselina deoxyribonukleová plní mimoriadne dôležité funkcie potrebné na udržanie a reprodukciu života.

Po prvé , - toto je uchovávanie dedičných informácií, ktorý je uzavretý v nukleotidovej sekvencii jedného z jeho reťazcov. Najmenšou jednotkou genetickej informácie po nukleotide sú tri po sebe idúce nukleotidy. trojčatá. Sekvencia tripletov v polynukleotidovom reťazci určuje sekvenciu aminokyselín v molekule proteínu. Triplety umiestnené jeden po druhom, ktoré určujú štruktúru jedného polypeptidového reťazca, sú gén.

Druhou funkciou DNA je prenos dedičných informácií z generácie na generáciu. Uskutočňuje sa vďaka zdvojenie(zdvojenie) materskej molekuly a následná distribúcia dcérskych molekúl medzi bunkami – potomkami. Práve dvojvláknová štruktúra molekúl DNA určuje možnosť vzniku absolútne identických dcérskych molekúl počas reduplikácie.

Nakoniec je DNA zapojená ako templát do procesu prenosu genetickej informácie z jadra do cytoplazmy na miesto syntézy proteínov. Súčasne sa na jednom z jeho reťazcov podľa princípu komplementarity syntetizuje molekula messenger RNA z nukleotidov prostredia obklopujúceho molekulu.

RNA, rovnako ako DNA, je biopolymér (polynukleotid), ktorého monoméry sú nukleotidy (obr. 15). Dusíkaté bázy troch nukleotidov sú rovnaké ako tie, ktoré tvoria DNA (adenín, guanín, cytozín), štvrtý - uracil- je prítomný v molekule RNA namiesto tymínu. RNA nukleotidy obsahujú inú pentózu - ribóza(namiesto deoxyribózy). Podľa štruktúry sa rozlišujú dvojvláknové a jednovláknové RNA. Dvojvláknové RNA sú držiteľmi genetickej informácie v rade vírusov, t.j. vykonávať funkcie chromozómov.

RNA nesú informáciu o sekvencii aminokyselín v proteínoch, t.j. o štruktúre bielkovín, od chromozómov až po miesto ich syntézy a podieľajú sa na syntéze bielkovín.

Existuje niekoľko typov jednovláknovej RNA. Ich mená sú určené ich funkciou a umiestnením v bunke. Všetky typy RNA sa syntetizujú na DNA, ktorá slúži ako templát.

1. Preneste RNA(t-RNA) Najmenšia, pozostáva zo 76 - 85 nukleotidov. Vyzerá ako ďatelinový list, na dlhom konci je triplet nukleotidov (ACC), kde je pripojená aktivovaná aminokyselina.Na krátkom konci je dusíkatá báza - guanín, zabraňuje zničeniu t-RNA . Na opačnom konci je antikodón, ktorý je striktne komplementárny ku genetickému kódu na messenger RNA. Hlavnou funkciou tRNA je prenos aminokyselín do miesta syntézy bielkovín. Od všeobecný obsah RNA v bunke predstavuje 10 % tRNA.

2. Ribozomálna RNA(r-RNA) obsiahnuté v ribozómoch, pozostávajú z 3 - 5 tisíc nukleotidov. Z celkového obsahu RNA v bunke tvorí rRNA 90 %.

3. Informácie (i-RNA) alebo matrica (m-RNA). Molekuly mediátorovej RNA obsiahnuté v jadre a v cytoplazme môžu pozostávať z 300 - 30 000 nukleotidov. Jeho funkciou je prenášať informácie o primárnej štruktúre proteínu na ribozómy. Podiel i-RNA tvorí 0,5 – 1 % z celkového obsahu RNA v bunke.

Genetický kód

Genetický kód- ide o systém na zaznamenávanie informácií o sekvencii aminokyselín v proteínoch pomocou sekvencie nukleotidov v DNA (obr. 16).

Obr.16 Genetický kód

Vlastnosti genetického kódu

1. trojitý kód. To znamená, že každá z aminokyselín je kódovaná sekvenciou troch nukleotidov tzv triplet alebo kodón. Aminokyselina cysteín teda zodpovedá tripletu ACA, valín CAA a lyzín TTT (obr.).

2Kód je zdegenerovaný. Celkovo existuje 64 genetických kódov, pričom je zakódovaných 20 aminokyselín, keď prejdú do mRNA, syntéza bielkovín sa zastaví. Každá aminokyselina je kódovaná niekoľkými genetickými kódmi, s výnimkou metionínu a tryptofánu. Toto redundancia kódu Má veľký význam zlepšiť spoľahlivosť prenosu genetickej informácie. Napríklad aminokyselina arginín môže zodpovedať tripletom HCA, HCT, HCC atď. Je jasné, že náhodná substitúcia tretieho nukleotidu v týchto tripletoch nijako neovplyvní štruktúru syntetizovaného proteínu.

3. Kód je univerzálny. Genetický kód je rovnaký pre všetky tvory žijúce na Zemi (pre ľudí, zvieratá, rastliny, baktérie a huby).

4. Genetický kód je nepretržitý. Nukleotidy v DNA sa navzájom neprekrývajú, medzi tripletmi (kodónmi) nie sú žiadne medzery ani interpunkčné znamienka. Ako vzniká úsek molekuly DNA prenášanie informácií o štruktúre jedného proteínu, ohraničeného od iných miest? Existujú triplety, ktorých funkciou je spustiť syntézu polynukleotidového reťazca, a triplety ( UAA, UAG, UGA), ktoré zastavujú syntézu.

5. Genetický kód je špecifický. Neexistujú prípady, kedy by rovnaký triplet zodpovedal viac ako jednej aminokyseline.

Biosyntéza bielkovín v bunke

Biosyntéza proteínov v bunke pozostáva z dvoch fáz:

1. Prepis.

2. Vysielanie.

1. Prepis - Ide o prepis informácie o primárnej štruktúre proteínu zo špecifickej oblasti DNA (génu) na i-RNA podľa princípu komplementarity pomocou enzýmu RNA polymerázy.

Čítanie dedičnej informácie sa začína špecifickým úsekom DNA, ktorý je tzv promótor. Nachádza sa pred génom a obsahuje približne 80 nukleotidov. Enzým RNA - polymeráza rozpozná promótor, pevne sa naň naviaže a roztaví ho, pričom oddelí nukleotidy komplementárnych reťazcov DNA, potom začne tento enzým

sa pohybujú pozdĺž génu a keď sú vlákna DNA odpojené, mRNA sa syntetizuje na jednom z nich, ktorý sa nazýva sense vlákno. Hotová mRNA vstupuje do cytoplazmy cez póry jadrovej membrány a preniká do malej podjednotky ribozómu a tie úseky génu, na ktorých polymeráza vytvorila mRNA sú opäť stočené do špirály, mRNA môže preniknúť do niekoľkých ribozómov naraz , a tento komplex sa nazýva polyzóm. V cytoplazme sú aminokyseliny aktivované enzýmom aminoacyl-t-syntetáza a pripojené k dlhému koncu t-RNA (obr. 17). 2. Preklad je preklad dedičnej informácie z reči nukleotidov do reči aminokyselín.

Translácia začína štartovacím kodónom AUG, ku ktorému je pripojená metionínom naplnená t-RNA so svojím UAC antikodónom. Veľká podjednotka ribozómu obsahuje aminoacyl a peptidyl stredísk. Najprv aminokyselina I (metionín) vstúpi do aminoacylového centra a potom sa spolu so svojou t-RNA presunie do peptidylového centra. Aminoacylové centrum sa uvoľní a môže prijať ďalšiu tRNA so svojou aminokyselinou. Druhá tRNA, nabitá 2. aminokyselinou, vstupuje do veľkej podjednotky ribozómu a spája sa s jej komplementárnym kodónom mRNA so svojím antikodónom. Okamžite pomocou enzýmu peptidyltransferázy je predchádzajúca aminokyselina so svojou karboxylovou skupinou (COOH) spojená s aminoskupinou (NH 2) novoprijatej aminokyseliny. Vzniká medzi nimi peptidová väzba (-CO-NH-). V dôsledku toho sa uvoľní t-RNA, ktorá priniesla metionín, a dve aminokyseliny (dipeptid) sú pripojené k t-RNA v aminoacylovom centre. Pre ďalší proces rastu polypeptidového reťazca je potrebné uvoľniť aminoacylové centrum. Veľká a malá podjednotka ribozómu sa navzájom posúvajú (ako natáčacie hodiny), triplet nukleotidov na mRNA sa posúva dopredu a na jeho miesto nastupuje ďalší triplet nukleotidov. V súlade s kodónom i-RNA privádza ďalšia t-RNA aminokyselinu na uvoľnené aminoacylové centrum, ktoré je s predchádzajúcim spojené pomocou peptidovej väzby a druhá t-RNA opúšťa ribozóm. Potom sa ribozóm opäť posunie o jeden kodón a proces sa opakuje. Dochádza k postupnému pripájaniu aminokyselín k polypeptidovému reťazcu v prísnom súlade so sekvenciou stĺpcov na mRNA.

Polyméry sú zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou pozostávajúce z mnohých opakujúcich sa rôznych alebo identických štruktúrnych atómových skupín - jednotiek. Tieto väzby sú vzájomne prepojené koordinačnými alebo chemickými väzbami do rozvetvených alebo dlhých lineárnych reťazcov a do priestorových trojrozmerných štruktúr.

Polyméry sú:

• syntetický,
• umelé,
• organické.

Organické polyméry sa prirodzene tvoria v živočíšnych a rastlinných organizmoch. Najdôležitejšie z nich sú bielkoviny, polysacharidy, nukleové kyseliny, kaučuk a iné prírodné zlúčeniny.

Organické polyméry človek vo svojom každodennom živote dlho a široko používa. Koža, vlna, bavlna, hodváb, kožušiny – to všetko sa používa na výrobu odevov. Vápno, cement, hlina, organické sklo (plexisklo) - v stavebníctve.

Organické polyméry sú prítomné aj v samotnom človeku. Napríklad nukleové kyseliny (nazývajú sa aj DNA), ako aj ribonukleové kyseliny (RNA).

Vlastnosti organických polymérov

Všetky organické polyméry majú špeciálne mechanické vlastnosti:

• nízka krehkosť kryštalických a sklovitých polymérov (organické sklo, plasty);
• elasticita, to znamená vysoká reverzibilná deformácia pri malom zaťažení (guma);
• orientácia makromolekúl pôsobením mechanického smerovaného poľa (výroba filmov a vlákien);
• pri nízkych koncentráciách vysoká viskozita roztokov (polyméry najskôr napučiavajú a potom sa rozpúšťajú);
• pôsobením malého množstva činidla sú schopné rýchlo meniť svoje fyzikálne a mechanické vlastnosti (napríklad činenie kože, vulkanizácia gumy).

Tabuľka 1. Charakteristiky spaľovania niektorých polymérov.

Polyméry	Správanie sa materiálu pri zavedení do plameňa a horľavosť	Povaha plameňa	Vôňa
polyetylén (PE)	Taveniny tečú po kvapkách, dobre horia, horia aj po odstránení z plameňa.	Svetlý, spočiatku modrastý, potom žltý	horiaci parafín
Polypropylén (PP)	To isté	To isté	To isté
Polykarbonát (PC)	To isté	zadymený
Polyamid (PA)	Horiace, tečúce	Zospodu modrasté, so žltými okrajmi	Spálené vlasy alebo spálené rastliny
Polyuretán (PU)	Pálenie, kvapkanie	Žltý, namodralý spodok, svietiaci, sivý dym	Drsné, nepríjemné
Polystyrén (PS)	Samovznietenie, topenie	Žiarivo žltá, svietivá, dymová	Sladko kvetinová, s nádychom styrénovej vône
Polyetyléntereftalát (PET)	Pálenie, kvapkanie	Žlto-oranžová, dymová	Sladké, voňavé
Epoxidová živica (ED)	Dobre horí, horí aj po odstránení z plameňa	Žltá dymová	Špecifické čerstvé (na samom začiatku ohrevu)
Polyesterová živica (PN)	Pálenie, zuhoľnatenie	Svietiace, dymové, žlté	Sladký
Pevný polyvinylchlorid (PVC)	Horí s ťažkosťami a rozsýpa, po vybratí z plameňa zhasne, zmäkne	svetlozelená	Ostrý, chlorovodík
PVC mäkčené	Horí ťažko a pri zložení z plameňa s rozptylom	svetlozelená	Ostrý, chlorovodík
Fenolformaldehydová živica (PFR)	S ťažkosťami sa rozsvieti, zle horí, zachováva svoj tvar	žltá	Fenol, formaldehyd

Tabuľka 2. Rozpustnosť polymérnych materiálov.

Tabuľka 3. Farbenie polymérov podľa Liebermannovej - Storchovej - Moravského reakcie.

Súvisiace články

Spomedzi väčšiny materiálov sú najobľúbenejšie a najznámejšie polymérne kompozitné materiály (PCM). Aktívne sa používajú takmer v každej sfére ľudskej činnosti. Práve tieto materiály sú hlavnou zložkou na výrobu rôznych produktov používaných na úplne iné účely, od rybárskych prútov a trupov lodí až po valce na skladovanie a prepravu horľavých látok, ako aj listy vrtule helikoptér. Takáto široká popularita PCM je spojená s možnosťou riešenia technologických problémov akejkoľvek zložitosti spojených so získavaním kompozitov s určitými vlastnosťami v dôsledku vývoja chémie polymérov a metód na štúdium štruktúry a morfológie polymérnych matríc, ktoré sa používajú pri výrobe PCM.

PRÍRODNÉ POLYMÉRY: polysacharidy, proteíny, nukleové kyseliny Molekuly polymérov sú postavené z opakovane sa opakujúcich štruktúrnych jednotiek - elementárnych jednotiek (monomérov)

Polysacharidy Polysacharidy sú polykondenzačné produkty monosacharidov, ktoré sú navzájom spojené glykozidickými väzbami. Chemickou povahou sú to teda polyglykozidy (polyacetály). v polysacharidoch rastlinného pôvodu prítomné sú hlavne (1 → 4)- a (1 → 6)-glykozidové väzby a v polysacharidoch živočíšneho a bakteriálneho pôvodu sú navyše (1 → 3)- a (1 → 2)-glykozidové väzby.

Glykozidická povaha polysacharidov určuje ich schopnosť hydrolyzovať v kyslom prostredí. Úplná hydrolýza vedie k tvorbe monosacharidov a ich derivátov a neúplná hydrolýza vedie k tvorbe oligosacharidov vrátane disacharidov. V alkalickom prostredí sú polysacharidy vysoko stabilné a nerozkladajú sa.

Škrob (rezervný homopolysacharid rastlín) je biela amorfná látka, nerozpustná v studená voda. Keď sa škrob rýchlo zahrieva, v dôsledku obsahu vlhkosti v ňom dochádza k hydrolytickému štiepeniu polymérneho reťazca na menšie fragmenty nazývané dextríny. Dextríny sú rozpustnejšie vo vode ako škrob. Škrob je zmesou dvoch polymérov vytvorených zo zvyškov D-glukopyranózy – amylózy (1020 %) a amylopektínu (80-90 %).

V amylóze sú zvyšky D-glukopyranózy spojené a-(1 -> 4)-glykozidovými väzbami, t.j. maltóza je disacharidovým fragmentom amylózy. Reťazec amylózy je nerozvetvený. Obsahuje 2001000 glukozidových zvyškov. Makromolekula amylózy je stočená. Zároveň existuje šesť monosacharidových jednotiek pre každé otočenie špirály.

Amylopektín sa líši od amylózy vo svojej vysoko rozvetvenej štruktúre. V lineárnych oblastiach tohto polysacharidu sú D-glukopyranózové zvyšky spojené a-(1→4)-glykozidovými väzbami a v bodoch vetvenia sú ďalšie a-(1→6)glykozidové väzby. Medzi rozvetvenými bodmi je 20-25 glukózových zvyškov.

Glykogén (rezevný homopolysacharid živočíšnych organizmov) je štruktúrnym a funkčným analógom škrobu. Má podobnú štruktúru ako amylopektín, ale líši sa od neho väčším rozvetvením a tuhším balením molekuly. Silné vetvenie prispieva k výkonu energetickej funkcie glykogénu, pretože prítomnosť veľkého počtu koncových zvyškov zaisťuje rýchle odštiepenie potrebného množstva glukózy.

Celulóza alebo vláknina je najrozšírenejším štruktúrnym homopolysacharidom v rastlinách. Pozostáva zo zvyškov D-glukopyranózy spojených β-(1→4)-glykozidovými väzbami. To. disacharidovým fragmentom celulózy je celobióza. Polymérny reťazec celulózy nemá žiadne vetvy. Obsahuje 250012000 glukózových zvyškov, čo zodpovedá molekulovej hmotnosti 400 000 až 1-2 milióny.

Celulózová makromolekula má striktne lineárnu štruktúru. Vďaka tomu sa vytvárajú vodíkové väzby v rámci reťazca, ako aj medzi susednými reťazcami. Takéto balenie molekuly poskytuje vysokú mechanickú pevnosť, nerozpustnosť vo vode a chemickú inertnosť. Celulóza sa nerozkladá gastrointestinálny trakt, keďže telu chýba enzým schopný hydrolyzovať β-(1 → 4) glykozidové väzby. Napriek tomu je nevyhnutnou balastnou látkou pre normálnu výživu.

Chitín je štrukturálny homopolysacharid exoskeletu článkonožcov a niektorých ďalších bezstavovcov, ako aj bunkových membrán húb. chitín Chitín je vytvorený z N-acetyl D-glukozamínových zvyškov spojených α-(1→4)-glykozidovými väzbami. Makromolekula chitínu nemá žiadne vetvy a jej priestorové balenie je podobné ako pri celulóze.

Aminokyseliny sú heterofunkčné zlúčeniny, ktorých molekuly obsahujú amino aj karboxylové skupiny. Príklad:

V pevnom stave existujú a-aminokyseliny ako dipolárne ióny; vo vodnom roztoku - vo forme rovnovážnej zmesi dipolárneho iónu, katiónovej a aniónovej formy (bežne používaný záznam štruktúry α-aminokyseliny v neionizovanej forme slúži len na uľahčenie). aniónový dipolárny iónový katión

Rovnovážna poloha závisí od p. H streda. Spoločná pre všetky -aminokyseliny je prevaha katiónových foriem v silne kyslých (r. H 1-2) a aniónových foriem v silne alkalických (r. H 13 -14) médiách. Rovnovážna poloha, teda pomer rôzne formy aminokyseliny, vo vodnom roztoku pri určitých hodnotách р. H v podstate závisí od štruktúry radikálu, najmä od prítomnosti ionogénnych skupín v ňom, ktoré zohrávajú úlohu kyslých a zásaditých centier.

R hodnota H, pri ktorom je koncentrácia dipolárnych iónov maximálna a minimálne koncentrácie katiónových a aniónových foriem -aminokyselín sú rovnaké, sa nazýva izoelektrický bod (p. I).

Špecifické vlastnosti aminokyselín Tvorba peptidov. Súčasná prítomnosť amino a karboxylových skupín v molekulách α-aminokyselín určuje ich schopnosť vstupovať do polykondenzačných reakcií, ktoré vedú k tvorbe peptidových (amidových) väzieb medzi monomérnymi jednotkami. V dôsledku tejto reakcie vznikajú peptidy, polypeptidy a proteíny. peptidové väzby

Názvoslovie peptidov N-koncový aminokyselinový zvyšok (ktorý má voľnú aminoskupinu) je napísaný na ľavej strane vzorca a C-koncový aminokyselinový zvyšok (ktorý má voľnú karboxylovú skupinu) na pravej strane: tripeptid glycylalanylfenylalanín

Sekvencia aminokyselinových zvyškov v jednom alebo viacerých polypeptidových reťazcoch, ktoré tvoria molekulu proteínu, je primárnou štruktúrou proteínu.

Okrem primárnych, sekundárnych, terciárnych a kvartérnych štruktúr sa v molekulách proteínov rozlišujú. Sekundárnou štruktúrou proteínu sa rozumie konformácia polypeptidového reťazca, t. j. spôsob, akým je skrútený alebo zložený do špirály alebo p-štruktúry v súlade s programom stanoveným v primárnej štruktúre.

Kľúčovú úlohu pri stabilizácii tejto štruktúry zohrávajú vodíkové väzby, ktoré sa tvoria v a-helixe medzi karbonylovým atómom kyslíka každého prvého a atómom vodíka NH skupiny každého piateho aminokyselinového zvyšku.

Na rozdiel od -helixu sa β-štruktúra vytvára vďaka medzireťazcovým vodíkovým väzbám medzi susednými časťami polypeptidového reťazca

Pod terciárnou štruktúrou proteínu (podjednotky) sa rozumie priestorová orientácia alebo spôsob uloženia polypeptidového reťazca v určitom objeme, ktorý zahŕňa prvky sekundárnej štruktúry. Je stabilizovaný v dôsledku rôznych interakcií zahŕňajúcich vedľajšie radikály - aminokyselinové zvyšky umiestnené v lineárnom polypeptidovom reťazci v značnej vzdialenosti od seba, ale spojené v priestore v dôsledku ohybov reťazca.

a - elektrostatická interakcia b - vodíková väzba c - hydrofóbne interakcie nepolárnych skupín d - dipól-dipólové interakcie e - disulfidová (kovalentná) väzba.

Pod kvartérnou štruktúrou proteínu sa rozumejú dve alebo viac podjednotiek navzájom spojených, orientovaných v priestore. Kvartérna štruktúra je udržiavaná vodíkovými väzbami a hydrofóbnymi interakciami. Je charakteristický pre niektoré bielkoviny (hemoglobín).

Priestorová štruktúra molekuly proteínu môže byť narušená pod vplyvom zmeny p. H-prostredie, zvýšená teplota, vystavenie UV žiareniu atď. Deštrukcia prirodzenej (natívnej) makroštruktúry proteínu sa nazýva denaturácia. V dôsledku denaturácie mizne biologická aktivita a znižuje sa rozpustnosť bielkovín. Primárna štruktúra proteínu je počas denaturácie zachovaná.

Biologické funkcie bielkovín 1. Stavba (štrukturálna). Proteíny sú základom protoplazmy každej bunky, hlavného štrukturálneho materiálu všetkých bunkových membrán. 2. Katalytické. Všetky enzýmy sú bielkoviny. 3. Motor. Všetky formy pohybu v živej prírode uskutočňujú proteínové štruktúry buniek.

4. Doprava. Krvné bielkoviny transportujú kyslík mastné kyseliny lipidy, hormóny. Špeciálne proteíny prenášajú rôzne látky cez biomembrány. 5. Hormonálne. Niektoré hormóny sú bielkoviny. 6. Náhradné. Proteíny sú schopné vytvárať náhradné usadeniny.

7. Podpora. Proteíny sú súčasťou kostí kostry, šliach, kĺbov atď. 8. Receptor. Receptorové proteíny hrajú dôležitú úlohu pri prenose nervového alebo hormonálneho signálu do cieľovej bunky.

Klasifikácia proteínov 1. Podľa tvaru molekúl sa rozlišujú vláknité (vláknité) a globulárne (korpuskulárne) proteíny. Fibrilárne proteíny sú nerozpustné vo vode. Globulárne bielkoviny sú rozpustné vo vode resp vodné roztoky kyseliny, zásady alebo soli. Vzhľadom na veľkú veľkosť molekúl sú výsledné roztoky koloidné.

Molekuly fibrilárnych proteínov sú predĺžené, vláknité a majú tendenciu zoskupovať sa jedna vedľa druhej a vytvárať vlákna. V niektorých prípadoch ich držia pohromade početné vodíkové mostíky. Molekuly globulárnych proteínov sú poskladané do kompaktných guľôčok. Vodíkové väzby sú v tomto prípade intramolekulárne a oblasť kontaktu medzi jednotlivými molekulami je malá. V tomto prípade sú medzimolekulové sily relatívne slabé.

Fibrilárne proteíny sú hlavné stavebný materiál. Patria sem tieto proteíny: keratín - v koži, vlasoch, nechtoch, rohoch a perí; kolagén - v šľachách; myozín - vo svaloch; fibroín - v hodvábe.

Globulárne proteíny vykonávajú množstvo funkcií súvisiacich s udržiavaním a reguláciou životných procesov – funkcií, ktoré si vyžadujú mobilitu, a teda aj rozpustnosť. Patria sem nasledujúce proteíny: všetky enzýmy, mnohé hormóny, ako inzulín (z pankreasu), tyreoglobulín (zo štítnej žľazy), adrenokortikotropný hormón (ACTH) (z hypofýzy); protilátky zodpovedné za alergické reakcie a poskytujúce ochranu proti cudzím organizmom; vaječný albumín; hemoglobín, ktorý je nosičom kyslíka z pľúc do tkanív; fibrinogén, ktorý sa premieňa na nerozpustný fibrilárny proteín fibrín, ktorý spôsobuje zrážanie krvi.

2. Podľa stupňa zložitosti sa bielkoviny delia na jednoduché a zložité. Pri hydrolýze jednoduchých bielkovín sa získajú iba aminokyseliny. Komplexné proteíny (proteidy) okrem vlastnej proteínovej časti obsahujú neproteínové zvyšky nazývané koenzýmy a prostetické skupiny.

Medzi jednoduché bielkoviny patria: - albumíny - bielkoviny rozpustné vo vode, tvoria 50 % všetkých bielkovín v ľudskej krvnej plazme, nachádzajú sa vo vaječných bielkoch, mlieku a rastlinách; - globulíny - vo vode nerozpustné bielkoviny, ktoré tvoria väčšinu bielkovín v semenách rastlín, najmä strukovín a olejnín; - prolamíny - charakteristické výlučne pre semená obilnín. Hrajú úlohu zásobných bielkovín. Obsahujú veľa prolínu a kyseliny glutámovej;

- glutelíny - nachádzajú sa v semenách obilnín a strukovín; - históny - prítomné v jadrách živočíšnych a rastlinných buniek, prevládajú v proteínoch chromozómov; - protamíny - obsiahnuté v zárodočných bunkách ľudí, zvierat a rastlín; - proteinoidy - ťažko rozpustné bielkoviny s vysokým obsahom síry - fibrilárne bielkoviny (fibroín - bielkovina hodvábu, keratínové bielkoviny vlasov, rohov, kopýt, kolagény - bielkoviny spojivového tkaniva).

Medzi komplexné proteíny patria: - lipoproteíny = proteín + lipid. Vzniká vodíkovými väzbami a hydrofóbnou interakciou. Povinné zložky bunkových membrán, krvi, mozgu; - fosfoproteíny \u003d proteín + PO 43 (zvyšok kyseliny fosforečnej je spojený so serínom a treonínom). Majú významnú úlohu vo výžive mladých organizmov (mliečny kazeín, vaječný žĺtok vitellín a fosvitín, rybie ikry ichtulín);

- metaloproteíny = proteín + kov (Cu, Ca, Fe, Mn, Zn, Ni, Mo, Se); - glykoproteíny = bielkoviny + sacharidy. Patria sem fibrinogén, protrombín (faktory zrážania krvi), heparín (antikoagulancium), hormóny, interferón (inhibítor reprodukcie vírusov zvierat).

Polymérne reťazce nukleových kyselín sú postavené z monomérnych jednotiek – nukleotidov, a preto sa nukleové kyseliny nazývajú polynukleotidy.

Monomérna jednotka je trojzložkový útvar, ktorý zahŕňa: - heterocyklickú bázu, - sacharidový zvyšok, - fosfátovú skupinu.

Heterocyklické bázy pyrimidínovej a purínovej série, ktoré sú súčasťou nukleových kyselín, sa nazývajú nukleové bázy.

Substituenty v heterocyklickom jadre nukleových báz: oxoskupina aminoskupina súčasne obe tieto skupiny

Dusíkatá báza a sacharid sú spojené N-glykozidickou väzbou. V tomto prípade sa N-glykozidická väzba uskutočňuje medzi atómom uhlíka C-1 ribózy (deoxyribózy) a atómom dusíka N-1 pyrimidínových a N-9 purínových báz.

N-glykozidy nukleových báz s ribózou alebo deoxyribózou sú nukleozidy. Podľa povahy sacharidového zvyšku sa rozlišujú ribonukleozidy a deoxyribonukleozidy. V zložení nukleových kyselín sa nachádzajú iba β-nukleozidy.

RNA nukleová báza uracil cytozín adenín guanín sacharid ribóza DNA tymín cytozín adenín guanín deoxyribóza

Nukleozidová nomenklatúra Cytozín + ribóza cytidín Cytozín + deoxyribóza deoxycytidín Adenín + ribóza adenozín Adenín + deoxyribóza deoxyadenozín -idín pre pyrimidín, -ozín pre purínové nukleozidy

Nukleozidy sú dostatočne odolné voči hydrolýze v slabo alkalickom prostredí. V kyslom prostredí podliehajú hydrolýze. Purínové nukleozidy sa zároveň ľahšie hydrolyzujú ako pyrimidínové.

Nukleotidy - nukleozidové fosfáty Esterifikačná reakcia medzi kyselinou fosforečnou a nukleozidom sa zvyčajne vyskytuje na atóme C-5 alebo C-3 v ribózovom (ribonukleotidovom) alebo deoxyribózovom (deoxyribonukleotidovom) zvyšku.

Nukleotid nomenklatúra Dusíkaté bázy Nukleozidy (báza + uhľohydrát) Mononukleotidy (nukleozidy + H 3 PO 4) Skratka purín adenín adenozín AMP guanín guanozín adenozín monofosfát (kyselina adenylová) guanozín monofosfát (kyselina guanylová) kyselina monofosfát CMP cytidín monofosfát kyselina cytidínová (kyselina tymidylová)

Adenozín-5"-monofosfát (AMP) Adenozín-5"-difosfát (ADP) Adenozín-5"-trifosfát (ATP)

cyklický 3", 5"-AMP (c.AMP) je prirodzene sa vyskytujúci ribonukleotid (vzniká z ATP počas reakcie katalyzovanej enzýmom adenylátcyklázou). c. AMP má množstvo jedinečných funkcií a vysokú biologickú aktivitu pri regulácii metabolických procesov, pričom pôsobí ako mediátor extracelulárnych signálov v živočíšnych bunkách.

DNA sa nachádza najmä v jadrách buniek, zatiaľ čo RNA sa nachádza v ribozómoch a v protoplazme buniek. 3 typy bunkovej RNA (líšia sa umiestnením v bunke, zložením a veľkosťou, ako aj funkciami): - transportná (t. RNA) - matrica (m. RNA) - ribozomálna (r. RNA)

J. Watson, F. Crick 1953 Sekundárna štruktúra DNA vo forme dvojitej špirály Molekula DNA pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov, ktoré sú pravotočivé okolo spoločnej osi a tvoria dvojitú špirálu s priemerom 1,8 - 2,0 nm. Dva nukleotidové reťazce sú navzájom antiparalelné (opačné smery tvorby fosfodiesterových väzieb 5'-3' a 3'-5'). Purínové a pyrimidínové bázy sú nasmerované do špirály. Vodíkové väzby sa tvoria medzi purínovou bázou jedného reťazca a pyrimidínovou bázou druhého reťazca. Tieto bázy tvoria komplementárne páry.

Základy umiestnené vo vnútri špirály sú pevne zabalené a neprichádzajú do kontaktu s vodou. Voda prichádza do styku len s OH - sacharidovými skupinami a fosfátovými skupinami. Vodíkové väzby medzi komplementárnymi bázami sú jedným z typov interakcií, ktoré stabilizujú dvojitú špirálu. Dve vlákna DNA, ktoré tvoria dvojitú špirálu, nie sú identické, ale navzájom sa dopĺňajú.

To znamená, že primárna štruktúra (nukleotidová sekvencia) jedného reťazca predurčuje primárnu štruktúru druhého reťazca.

Chargaffove pravidlá Množstvo purínových zásad sa rovná množstvu pyrimidínových zásad Množstvo adenínu sa rovná množstvu tymínu; množstvo guanínu sa rovná množstvu cytozínu Súčet adenínu a cytozínu sa rovná súčtu guanínu a tymínu

Úloha komplementárnych interakcií pri realizácii biologickej funkcie DNA Komplementarita reťazcov tvorí chemický základ najdôležitejšej funkcie DNA - ukladanie a prenos dedičných vlastností. Zachovanie nukleotidovej sekvencie je kľúčom k bezchybnému prenosu genetickej informácie.

Nukleotidová sekvencia DNA však pod vplyvom rôznych faktorov môže prejsť zmenami – mutáciami. Mutácia je zmena dedičnosti. Najbežnejším typom mutácie je nahradenie páru báz iným. Jedným z dôvodov môže byť posun v tautomérnej rovnováhe. Ďalšími príčinami sú vystavenie chemickým faktorom alebo žiareniu.

Mutagény sú látky, ktoré spôsobujú mutácie: - priamo pôsobiace mutagény, - promutagény, ktoré sú samy o sebe neaktívne, ale v organizme sa pôsobením enzýmov menia na mutagénne produkty. Typickými mutagénmi sú dusitany a kyselina dusitá, ktoré môžu v tele vznikať z dusičnanov.

Terciárna štruktúra DNA Vo všetkých živých organizmoch sú molekuly dvojvláknovej DNA husto zbalené, aby vytvorili zložité trojrozmerné štruktúry. Dvojvláknová DNA prokaryotov a eukaryotov je nadzávitnicová. Supercoiling je nevyhnutný pre kompaktné zbalenie molekuly v malom objeme priestoru a je dôležitý aj pre spustenie procesov replikácie („kopírovanie“), ako aj pre proces biosyntézy proteínov (transkripciu). Štruktúra terciárnej DNA eukaryotov na rozdiel od prokaryotov funguje iba v kombinácii s chromozómovými proteínmi.

Prezentácia na tému: Vyššie prírodné polyméry - Proteíny a nukleové kyseliny

1 z 25

Prezentácia na tému:

snímka číslo 1

Popis snímky:

snímka číslo 2

Popis snímky:

Cieľ hodiny: Upevniť a prehĺbiť vedomosti žiakov o prírodných polyméroch na príklade proteínov a nukleových kyselín. Systematizovať poznatky o zložení, štruktúre, vlastnostiach a funkciách bielkovín. Mať predstavu o chemickej a biologickej syntéze bielkovín, tvorbe umelých a syntetických potravín. Rozšíriť chápanie zloženia a štruktúry nukleových kyselín. Vedieť vysvetliť konštrukciu dvojzávitnice DNA podľa princípu komplementarity. Poznať úlohu nukleových kyselín v živote organizmov. Pokračujte v rozvíjaní samovzdelávacích zručností, schopnosti počúvať prednášku, zdôrazňovať hlavnú vec. Robte si poznámky o príprave plánu alebo téz. Rozvíjať kognitívny záujem žiakov, nadväzovať interdisciplinárne prepojenia (s biológiou).

snímka číslo 3

Popis snímky:

snímka číslo 4

Popis snímky:

snímka číslo 5

Popis snímky:

Hodnoty bielkovín Zloženie organizmov žijúcich na Zemi dnes obsahuje asi tisíc miliárd ton bielkovín. Odlišujúc sa v neprebernej rozmanitosti štruktúry, ktorá je zároveň pre každú z nich prísne špecifická, tvoria proteíny spolu s nukleovými kyselinami materiálny základ pre existenciu všetkého bohatstva organizmov sveta okolo nás. Proteíny sa vyznačujú schopnosťou intramolekulárnych interakcií, a preto sú štruktúra a tvar molekúl bielkovín také dynamické. Proteíny interagujú s rôznymi látkami. Vzájomnou kombináciou alebo kombináciou nukleových kyselín, polysacharidov a lipidov tvoria ribozómy, mitochondrie, lyzozómy, membrány endoplazmatického retikula a ďalšie subcelulárne štruktúry, v ktorých prebiehajú rôzne metabolické procesy. Preto sú to bielkoviny, ktoré zohrávajú významnú úlohu vo fenoménoch života.

snímka číslo 6

Popis snímky:

Úrovne organizácie molekuly proteínu Primárne Sekundárne Terciárne Kvartérne Jednou z ťažkých úloh chémie proteínov bolo rozlúštiť sekvenciu aminokyselinových zvyškov v polypeptidovom reťazci, teda primárnu štruktúru molekuly proteínu. Prvýkrát ho vyriešil anglický vedec F. Sanger a jeho spolupracovníci v rokoch 1945-1956. Stanovili primárnu štruktúru hormónu inzulínu, proteínu produkovaného pankreasom. Za to bola F. Sangerovi v roku 1958 udelená Nobelova cena.

snímka číslo 7

Popis snímky:

snímka číslo 8

Popis snímky:

snímka číslo 9

Popis snímky:

snímka číslo 10

Popis snímky:

Chemické vlastnosti bielkovín (videofilm) Charakteristická reakcia bielkovín - denaturácia: Koagulácia bielkovín pri zahriatí Zrážanie bielkovín koncentrovaným alkoholom Zrážanie bielkovín soľami ťažkých kovov.2. Farebné reakcie bielkovín: Xantoproteínová reakcia Biuretová reakcia Stanovenie obsahu síry v molekule proteínu.

snímka číslo 11

Popis snímky:

Úloha bielkovín v životných procesoch Veľký záujem je o štúdium nielen štruktúry, ale aj úlohy bielkovín v životných procesoch. Mnohé z nich majú ochranné (imunoglobulíny) a toxické (hadie jedy, cholera, toxíny záškrtu a tetanu, enterotoxín. B zo stafylokokov, toxín butulizmu), ktoré sú dôležité pre medicínske účely. Ale hlavné je, že bielkoviny sú najdôležitejšou a nenahraditeľnou súčasťou ľudskej potravy. V našej dobe hladuje 10-15% svetovej populácie a 40% dostáva nezdravé jedlo s nedostatočným obsahom bielkovín. Preto je ľudstvo nútené vyrábať proteín priemyselnými prostriedkami – najvzácnejší produkt na Zemi. Tento problém sa intenzívne rieši tromi spôsobmi: výrobou kŕmnych kvasníc, prípravou proteínovo-vitamínových koncentrátov na báze ropných uhľovodíkov v závodoch a izoláciou bielkovín z nepotravinových surovín rastlinného pôvodu. U nás sa proteínovo-vitamínový koncentrát vyrába z uhľovodíkových surovín. Sľubný aj ako náhrada bielkovín priemyselná produkcia esenciálnych aminokyselín. Poznanie štruktúry a funkcií bielkovín približuje ľudstvo k zvládnutiu najvnútornejšieho tajomstva samotného fenoménu života.

snímka číslo 12

Popis snímky:

NUKLEOVÉ KYSELINY Nukleové kyseliny - prírodné vysokomolekulárne organické zlúčeniny, polynukleotidy, zabezpečujú ukladanie a prenos dedičných (genetických) informácií v živých organizmoch. Nukleové kyseliny objavil v roku 1869 švajčiarsky vedec F. Miescher as základná časť bunkové jadrá, preto svoj názov dostali z latinského slova nucleus - jadro. Nycleus "- jadro. Prvýkrát boli DNA a RNA extrahované z jadra bunky. Preto sa nazývajú nukleové kyseliny. Štruktúrou a funkciami nukleových kyselín sa zaoberal americký biológ J. Watson a anglický fyzik F. Crick.

snímka číslo 13

Popis snímky:

V roku 1953 americký biochemik J. Watson a anglický fyzik F. Crick zostrojili model priestorovej štruktúry DNA; ktorý vyzerá ako dvojitá špirála. Zodpovedalo to údajom anglických vedcov R. Franklina a M. Wilkinsa, ktorí pomocou röntgenovej difrakčnej analýzy DNA dokázali určiť všeobecné parametre špirály, jej priemer a vzdialenosť medzi závitmi. V roku 1962 získali Watson, Crick a Wilkins Nobelovu cenu za tento významný objav.

snímka číslo 14

Popis snímky:

snímka číslo 15

Popis snímky:

Štruktúra nukleových kyselín Existujú tri typy nukleových kyselín: DNA (deoxyribonukleové kyseliny), RNA (ribonukleové kyseliny) a ATP (adenozíntrifosfát). Rovnako ako uhľohydráty a bielkoviny sú polyméry. Podobne ako proteíny, aj nukleové kyseliny sú lineárne polyméry. Ich monoméry - nukleotidy - sú však zložité látky, na rozdiel od skôr jednoduchých cukrov a aminokyselín.

snímka číslo 16

Popis snímky:

Porovnávacie charakteristiky DNA a RNA DNA Biologický polymér Monomér - nukleotid 4 typy dusíkových báz: adenín, tymín, guanín, cytozín Komplementárne páry: adenín-tymín, guanín-cytozín Lokalizácia - jadro Funkcie - uchovávanie dedičnej informácie Cukor - deoxyribóza RNA Biologický polymér Monomér - nukleotid 4 druhy dusíkatých báz: adenín, guanín, cytozín , uracil Komplementárne páry: adenín-uracil, guanín-cytozín Umiestnenie - jadro, cytoplazma Funkcie - prenos, prenos dedičnej informácie Cukor - ribóza Popis snímky:

snímka číslo 23

Popis snímky:

Užívanie NC Počas celého života človek ochorie, dostane sa do nepriaznivých výrobných alebo klimatických podmienok. Dôsledkom toho je nárast „zlyhaní“ v dobre fungujúcom genetickom aparáte. Do určitého času sa „neúspechy“ navonok neprejavujú a ani si ich nevšimneme. Žiaľ! Postupom času sa zmeny prejavia. V prvom rade sa objavujú na koži.V súčasnosti vychádzajú zo stien laboratórií výsledky štúdií biomakromolekúl, ktoré začínajú aktívnejšie pomáhať lekárom a kozmetológom v ich každodennej práci. Späť v 60. rokoch minulého storočia. stalo sa známe, že izolované vlákna DNA spôsobujú regeneráciu buniek. Ale len vo väčšine posledné roky V 20. storočí bolo možné využiť túto vlastnosť na obnovu starnúcich kožných buniek.

snímka číslo 24

Popis snímky:

Aplikácia NC Science má ešte ďaleko od možnosti použiť exogénne vlákna DNA (s výnimkou vírusovej DNA) ako šablónu pre „novú“ syntézu DNA priamo v ľudských, zvieracích alebo rastlinných bunkách. Faktom je, že hostiteľská bunka je spoľahlivo chránená pred zavedením cudzej DNA špecifickými enzýmami v nej prítomnými - nukleázami. Cudzia DNA nevyhnutne podstúpi deštrukciu alebo obmedzenie pôsobením nukleáz. DNA bude rozpoznaná ako "cudzia" na základe absencie špecifického vzoru distribúcie metylovaných báz, ktoré sú vlastné DNA hostiteľskej bunky pre každý organizmus. Zároveň platí, že čím užší je vzťah buniek, tým viac ich DNA bude tvoriť hybridy.Výsledkom tejto štúdie sú rôzne kozmetické krémy, ktoré obsahujú „magické nite“ na omladenie pleti.

snímka číslo 25

Popis snímky:

Upevnenie hodiny (kontrola testu) Možnosť 11. Dvojitý polynukleotidový reťazec je charakteristický pre molekuly: a) DNA b) RNAv) obe predchádzajúce odpovede sú správne.2. Priemerná molekulová hmotnosť, ktorý typ nukleových kyselín je väčší? a) DNA b) RNA c) závisí od typu živej bunky3. Ktoré látky nie sú súčasťou nukleotidu a) pyrimidínová alebo purínová báza b) ribóza a deoxyribóza c) α-aminokyseliny d) kyselina fosforečná4. DNA nukleotidy neobsahujú ako bázy tieto zvyšky: a) cytozín c) guaninab) uracil d) adenín e) tymín5. Nukleotidová sekvencia predstavuje štruktúru nukleových kyselín: a) primárna c) terciárna b) sekundárna d) kvartérna 2 možnosť1. Nukleové kyseliny dostali svoj názov z latinského slova: a) jadro c) život b) bunka d) prvá2. Polymérny reťazec, ktorá z nukleových kyselín je sekvencia nukleotidov? a) DNA b) RNA c) oba typy nukleových kyselín3. Sekundárna štruktúra vo forme dvojitej špirály je charakteristická pre molekuly: a) DNA c) RNAb) proteíny d) všetky nukleové kyseliny4. Purínová báza nie je: a) adenín c) guanín b) tymín d) všetky sú5. Nukleotidová molekula neobsahuje: a) zvyšok monosacharidu c) zvyšok dusíkatej bázy b) zvyšok aminokyseliny d) zvyšok kyseliny fosforečnej