Химический состав клетки: вода, белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты
Строение и функции всех биополимеров и константы, нужные для задач по молекулярной биологии.
Химия клетки — база для заданий 3–5 и для задачи 27. Нужны и функции веществ, и числовые константы: длина нуклеотида, масса аминокислоты, правило Чаргаффа.
Органические вещества клетки
| Класс | Мономер | Основные функции |
|---|---|---|
| Белки | аминокислоты (20 видов) | ферментативная, структурная, транспортная, защитная, двигательная, регуляторная, сигнальная, энергетическая (17,6 кДж/г) |
| Углеводы | моносахариды | энергетическая (17,6 кДж/г), запасающая (крахмал, гликоген), структурная (целлюлоза, хитин) |
| Липиды | не полимеры (глицерин и жирные кислоты) | энергетическая (38,9 кДж/г), структурная (мембраны), запасающая, теплоизоляционная, регуляторная (гормоны) |
| Нуклеиновые кислоты | нуклеотиды | хранение и передача наследственной информации, участие в биосинтезе белка |
| АТФ | нуклеотид с тремя фосфатами | универсальный аккумулятор энергии; при отщеплении одного фосфата выделяется около 40 кДж/моль |
Структуры белка
- Первичная — последовательность аминокислот, связи пептидные (прочные, ковалентные).
- Вторичная — спираль или складчатый слой, удерживается водородными связями между пептидными группами.
- Третичная — глобула, удерживается гидрофобными взаимодействиями, ионными, водородными и дисульфидными (S–S) связями.
- Четвертичная — объединение нескольких субъединиц (гемоглобин из четырёх цепей).
- Денатурация — разрушение структур со второй по четвёртую при сохранении первичной; обратима, если не разрушена третичная необратимо.
- Ренатурация возможна при сохранении первичной структуры.
длина одного нуклеотида (расстояние между нуклеотидами в цепи ДНК) = 0,34 нм; молекулярная масса одного нуклеотида ≈ 345; средняя молекулярная масса аминокислоты ≈ 100 (в задачах часто 110 или 120 — берут из условия); правило Чаргаффа: А = Т, Г = Ц; (А + Г) = (Т + Ц), то есть пуринов столько же, сколько пиримидинов; один виток спирали ДНК = 10 пар нуклеотидов = 3,4 нм; триплет = 3 нуклеотида кодирует 1 аминокислоту
ДНК и РНК
| Признак | ДНК | РНК |
|---|---|---|
| Сахар | дезоксирибоза | рибоза |
| Азотистые основания | А, Т, Г, Ц | А, У, Г, Ц |
| Число цепей | две (двойная спираль) | одна |
| Локализация | ядро, митохондрии, пластиды | ядро, цитоплазма, рибосомы |
| Функция | хранение информации | иРНК переносит информацию, тРНК транспортирует аминокислоты, рРНК входит в рибосомы |
| Способность к самоудвоению | есть (репликация) | нет |
В молекуле ДНК на долю адениновых нуклеотидов приходится 18%. Определите процентное содержание остальных нуклеотидов. По правилу Чаргаффа Т = А = 18%. Тогда Г + Ц = 100 − 36 = 64%, и так как Г = Ц, каждого по 32%. Ответ: Т 18%, Г 32%, Ц 32%. Второй разбор: фрагмент ДНК содержит 300 нуклеотидов. Найдите его длину и число водородных связей, если А составляет 20%. Длина одной цепи: цепей две, значит в каждой по 150 нуклеотидов, длина = 150 · 0,34 = 51 нм. А = 20% от 300 = 60, значит Т = 60, а Г = Ц = (300 − 120)/2 = 90 каждого. Водородных связей: между А и Т две, между Г и Ц три. Пар А–Т: 60, пар Г–Ц: 90. Связей: 60·2 + 90·3 = 120 + 270 = 390.
1) Длину ДНК считают по общему числу нуклеотидов, а не по числу в одной цепи — ответ вдвое больше. 2) Правило Чаргаффа применяют к РНК — она одноцепочечная, и правило там не работает. 3) Число водородных связей считают как число нуклеотидов, забыв про разное количество связей у пар. 4) Считают, что при денатурации разрушается первичная структура — она сохраняется. 5) Путают функции тРНК и иРНК. 6) Приписывают липидам роль основного источника энергии в клетке: главный источник — глюкоза, липиды запасают.
- ✓Помню 0,34 нм и считаю длину по одной цепи
- ✓Применяю правило Чаргаффа только к двухцепочечной ДНК
- ✓Знаю, сколько водородных связей в паре А–Т и Г–Ц
- ✓Различаю четыре структуры белка и связи, их удерживающие
- ✓Знаю энергетический выход при расщеплении белков, углеводов и жиров