Нуклеїнові кислоти, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів. Ферменти, вітаміни, гормони, фактори росту, їх роль у життєдіяльності організмів. Єдність хімічного складу організмів.

Тема. Нуклеїнові кислоти, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів. Ферменти, вітаміни, гормони, фактори росту, їх роль у життєдіяльності організмів. Єдність хімічного складу організмів.

Мета: дати загальне уявлення про структуру нуклеїнових кислот, показати взаємозв’язок структури і біологічних функцій нуклеїнових кислот; розвивати навички роботи з таблицями та матеріалом підручника; виховувати дбайливе ставлення до свого організму.

Обладнання: таблиця «Структура ДНК», презентація, робочий зошит, підручник

Основні терміни та поняття: нуклеотид, нуклеїнові кислоти, рибоза, дезоксирибоза, АТФ, ДНК,РНК

Тип заняття: комбінований

План:

I.Організаційний етап

II.Перевірка домашнього завдання

III.Актуалізація опорних знань

IV.Мотивація навчальної діяльності

V.Формування нових знань

VI.Узагальнення і систематизація

VII.Підведення підсумку уроку

VIII.Визначення домашнього завдання.

Хід заняття:

І. Організаційний момент

Добрий день. Мене звати Тетяна Вікторівна. І сьогодні заняття з біології проведу у вас я. Перевірка відсутніх

II. Перевірка домашнього завдання

Робота з картками

Перед початком вивчення нового матеріалу перевіримо вашу підготовку до сьогоднішнього заняття. Отже, на минулому занятті ви вивчали такі групи органічних речовин як вуглеводи та білки. Зараз ви отримаєте картки з запитаннями, на які вам необхідно дати відповідь.

КАРТКА 1

Дайте визначення поняття «Органічні речовини».
Назвіть вченого який ввів у біологію поняття «вуглеводи»
Що таке білки?
Перерахуйте основні біологічні функції білків.
Назвіть вуглевод, який запасається в організмі людини.

КАРТКА 2

Назвіть групи вуглеводів.
Перерахуйте основні функції вуглеводів.
Дайте визначення поняття вуглеводи.
Дайте визначення поняттям: денатурація, деструкція.
Що таке замінні та незамінні амінокислоти.

КАРТКА 3

Назвіть вуглеводи, які належать до моносахаридів
Назвіть вуглеводи, які належать до олігосахаридів
Назвіть вуглеводи, які належать до полісахаридів
Що являє собою вторинна структура білків ?
Що являє собою молекула полімеру?

КАРТКА 4

Скільки амінокислот відносять до основних?
Назвіть групи атомів, з яких складаються амінокислоти.
Що являє собою пептидний зв'язок?
Що являє собою третинна структура білка?
Який вуглевод синтезується в процесі фотосинтезу?

III. Актуалізація опорних знань

Побудова асоціативного куща

Біологія

IV. Мотивація навчальної діяльності

Кожна з клітин організму має свої регуляторні механізми, що визначають її властивості. Організм в цілому підпорядковується певній програмі, яка визначає його розвиток: дорослішання, припинення росту і на жаль, смерть. Носієм такої програми є нуклеїнові кислоти. Отже, тема нашого заняття: Нуклеїнові кислоти, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів. Ферменти, вітаміни, гормони, фактори росту, їх роль у життєдіяльності організмів. Єдність хімічного складу організмів.

V.Формування нових знань

1.Загальна характеристика нуклеїнових кислот (розповідь, демонстрація презентації)

Нуклеїнові кислоти були відкриті швейцарським ученим Ф.Мішером у 1869 р. в ядрах лейкоцитів. У зв’язку з тим що вони вперше були виявлені в ядрах клітин, то спочатку їх назвали нуклеїном. Пізніше в нуклеїні була відкрита фосфорна кислота і його стали називати нуклеїновою кислотою. Ще пізніше було встановлено, що нуклеїнова кислота міститься не тільки в ядрах лейкоцитів, а й ядрах різних клітин. Потім нуклеїнова кислота (дещо відмінна від тієї, що міститься в ядрах) була знайдена і в цитоплазмі клітин. Так було доведено, що нуклеїнові кислоти містяться у всіх клітинах організмів і відіграють важливу біологічну роль, зокрема є основними носіями передачі спадкової інформації та беруть безпосередню участь у синтезі білків в організмі.

Нуклеїнові кислоти – це складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Молекула нуклеотиду складається із залишків нітратної основи, п′ятивуглецевого моносахариду (пентози) і фосфатної кислоти.

2. Будова ДНК (пояснення з записом в робочий зошит)

- Пригадайте і назвіть вуглеводи, які належать до пентоз.

Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, розрізняють два типи нуклеїнових кислот:

• дезоксирибонуклеїнову (ДНК)

• рибонуклеїнову (РНК)

До складу ДНК входить залишок дезоксирибози, а РНК – рибози.

У молекулах ДНК і РНК містяться залишки таких нітратних основ: аденіну(А), гуаніну (Г), цитозину (Ц). Крім того, до складу ДНК входить залишок тиміну (Т), а РНК – урацилу (У). отже, до складу молекул ДНК і РНК входить по чотири типи нуклеотидів, які відрізняються за типом нітратної основи.

Нуклеїновим кислотам, як і білкам, притаманна первинна структура –

Пригадайте і скажіть, чим представлена первинна структура білків. (послідовність розташування нуклеотидів, а також складніша вторинна і третинна структури, які формуються завдяки водневим зв’язкам, електростатичним та іншим взаємодіям).

Окремі нуклеотиди сполучаються між собою у ланцюг за допомогою особливих «містків» між залишками пентоз двох сусідніх нуклеотидів. Ці «містки» є різновидом міцних ковалентних зв′язків.

Розшифрування структури ДНК має свою передісторію. 1950 року американський учений Ервін Чаргафф та його колеги, досліджуючи склад ДНК, виявили певні закономірності кількісного вмісту залишків нітратних основ у її молекулі:

- кількість аденінових залишків у будь-якій молекулі ДНК дорівнює числу ти мінових (А=Т), а гуанінових – цитозинових (Г=Ц);

- сума аденінових і гуанінових залишків дорівнює сумі ти мінових і цитозинових (А+Г=Т+Ц).

Це відкриття сприяло встановленню просторової структури ДНК і визначенню її ролі в перенесенні спадкової інформації від материнської клітини до дочірньої, від одного покоління організмів до іншого.

1953 року Джеймс Уотсон і Френсіс Крик запропонували модель просторової структури ДНК, правильність якої згодом було підтверджено експериментально. Молекула ДНК складається з двох ланцюгів нуклеотидів, які з’єднуються між собою за допомогою водневих зв’язків. Ці зв’язки виникають між двома нуклеотидами, які ніби доповнюють один одного за розмірами. Встановлено, що залишок аденіну (А) завжди сполучається із залишком тиміну (Т), між ними виникає два водневі зв’язки, а гуаніну (Г) – із залишком цитозину (Ц) (між ними виникає три водневі зв′язки). Чітка послідовність нуклеотидів у двох ланцюгах ДНК має назву комплементарність.

Відповідно до запропонованої моделі будови ДНК два ланцюги нуклеотидів обвивають один одного, створюючи закручену праворуч спіраль (вторинна структура ДНК). При цьому діаметр спіралі становить приблизно 2нм (дорівнює 1 • 10^-6 міліметра).

За певних умов відбувається процес денатурації ДНК – розривання водневих зв’язків. Між комплементарними нітратними основами різних полінуклеотид них ланцюгів. При цьому ДНК повністю або частково розпадається на окремі ланцюги,через що втрачає свою біологічну активність. Денатурована ДНК після припинення дії факторів, які її спричиняють, може поновити свою структуру завдяки відновленню водневих зв’язків між комплементарними нуклеотидами.

Завдяки здатності формувати структури вищих порядків (третинну тощо) молекула ДНК набуває вигляду компактних утворів.

У багатьох прокаріотів, деяких вірусів, а також у мітохондріях і хлоропластах еукаріотів ДНК з білками не взаємодіє і має кільцеву структуру.

Одиницею спадковості є ген – ділянка молекули ДНК ( а у деяких вірусів – РНК). Він несе спадкову інформацію про структуру певного білка або нуклеїнової кислоти. Саме ДНК зберігає спадкову інформацію в організмі та забезпечує її передачу дочірнім клітинам під час поділу материнської.

3. Будова РНК (пояснення з записом у робочий зошит)

Молекули рибонуклеїнових кислот (РНК) мають подібну до ДНК будову, але складаються лише з одного ланцюга. У деяких вірусів трапляються і дволанцюгові РНК. Відомо три основні типи РНК: інформаційна або матрична (іРНК або мРНК), транспортна (тРНК), і рибосомна (рРНК). Вони розрізняються місцем розташування в клітині, формою, розмірами та функціями.

Інформаційна РНК є копією певної ділянки молекули ДНК (одного чи кількох генів). Вона переносить спадкову інформацію від ДНК до місця синтезу молекули білка, а також бере безпосередню участь у її збиранні. Частка іРНК становить приблизно 2% загальної кількості РНК клітини. Вторинна і третинна структури іРНК формуються за допомогою водневих зв’язків, електростатичних та інших типів взаємодій. Молекула іРНК відносно не стабільна, вона швидко розпадається на нуклеотиди. Наприклад, у мікроорганізмів іРНК існує всього декілька хвилин, а в клітинах еукаріотів– декілька годин або днів.

Транспортна РНК порівняно з інформаційною має менші розміри. Її частка становить до 20% загальної кількості РНК у клітині. Вона приєднує до себе амінокислоти і переносить їх до місця синтезу білкової молекули. Кожну амінокислоту транспортує специфічна РНК. Транспортна РНК має постійну вторинну структуру, яка за формою нагадує листок конюшини. Така просторова структура зумовлена водневими зв’язками між комплементарними нуклеотидами. Біля верхівки такого «листка конюшини» розташовані три нуклеотиди, що визначають, яку саме амінокислоту слід транспортувати. Сама амінокислота приєднується за допомогою ковалентного зв’язку до ділянки біля основи молекули тРНК.

Рибосомна РНК становить приблизно 80% загальної кількості РНК у клітині. Вона входить до складу особливих органел клітин усіх типів – рибосом. Взаємодіючи з білками, рРНК виконує структурну фунцію і бере певну участь у процесі синтезу білків. Але в передачі спадкової інформації вона участі не бере.

4. Порівняльна характеристика ДНК та РНК

( фронтальне обговорення і заповнення таблиці)

Порівняльна характеристика молекул ДНК та РНК

ДНК	РНК
До складу нуклеотиду входить цукор – дезоксирибоза. Мономери молекули ДНК – дезоксирибоз-нуклеотиди	До складу нуклеотиду входить цукор – рибоза. Мономери молекули РНК − рибонуклеотиди
Включає в себе 4 типи нуклеотидів : аденіловий (А), гуаніловий (Г); тимідиловий (Т); цитидиловий (Ц).	Включає в себе 4 типи нуклеотидів: аденіловий (А), гуаніловий (Г); урациловий (У); цитидиловий (Ц).
Молекула складається з 2 полі-нуклеотидних ланцюгів	Молекула складається з 1 полі-нуклеотидного ланцюга
Місцезнаходження в клітині:ядро, мітохондрії, хлоропласти	Місцезнаходження в клітині: ядро, цитоплазма, мітохондрії, хлоропласти
Бере участь у зберіганні , передачі, реалізації і зміни спадкової інформації	Бере участь у процесах реалізації спадкової інформації, тобто в процесах синтезу білка

5. Поняття про ферменти (розповідь з демонстрацією презентації)

Ферменти – це прості або складні білки. Складні білки, на відміну від простих, містять ще й небілкову частину у вигляді певних органічних сполук (наприклад, похідних вітамінів).

Білкова частина молекули ферменту визначає його специфічність щодо речовин, реакцію за участю яких цей фермент каталізує. Але активність складних ферментів виявляється лише тоді, коли його білкова частина сполучається з небілковою. Каталітичну активність ферменту зумовлює не вся його молекула, а лише її невелика ділянка – так званий активний центр. Його структура відповідає хімічній будові речовин, які вступають у реакцію. В одній молекулі ферменту може бути кілька активних центрів.

Ферменти прискорюють перебіг біохімічних процесів у 100-1000 разів порівняно з тими, які відбуваються у середовищі без ферментів. Завдяки ферментам енергія, необхідна для перебігу реакцій менша, ніж без їх участі.

Активність ферментів виявляється лише за відповідних умов: певної температури, кислотності середовища тощо. Ферментативні реації відбуваються у кілька послідовних етапів. Ланцюги взаємопов’язаних ферментативних реакцій забезпечують нормальний перебіг процесів обміну речовин і перетворення енергії в організмі.

Ферменти утворюють нестійкий комплекс з речовинами, які вступають у реакцію. Цей комплекс згодом швидко розпадається з утворенням продуктів реакції. Сам фермент при цьому свою структуру, а відповідно і активність, не втрачає і здатний каталізувати наступну подібну реакцію.

У клітині багато ферментів пов’язано з плазматичною мембраною або мембраною окремих органел. Деякі ферменти беруть участь у транспортуванні речовин через мембрану.

Ми переходимо до вивчення останньої групи органічних речовин: біологічно активних речовин.

6. Біологічно активні речовини (розповідь із записом основних понять в робочий зошит)

Біологічно активні речовини є особливою групою органічних сполук. Вони регулюють процеси обміну речовин, росту і розвитку організмів, слугують для захисту чи впливу на особин того чи інших видів. Одна з груп біологічно активних речовин – вітаміни.

Отже, скажіть, що ви знаєте про вітаміни?

Вітаміни – біологічно активні низькомолекулярні органічні речовини, різні за хімічною будовою. Вони потрібні для забезпечення процесів життєдіяльності всіх живих організмів. Вітаміни беруть участь в обміні речовин і перетворення енергії здебільшого як компоненти складних ферментів. Добова потреба людини у вітамінах становить міліграми, а іноді навіть і мікрограми.

Нині відомо приблизно 50 різних вітамінів і вітамінізованих сполук. Вони по-різному впливають на живі організми, однак є життєво необхідними компонентами збалансованого харчування людини і живлення тварин. Основне джерело вітамінів для людини – продукти харчування переважно рослинного походження. Але є вітаміни, які містяться лише у продуктах тваринного походження (вітаміни А і D). Деякі з вітамінів можуть у незначній кількості синтезуватися в організмі людини зі своїх попередників (провітамінів) у певних тканинах організму. Наприклад, вітамін D утворюється у шкірі людини під впливом ультрафіолетового опромінення. Вітаміни в організмі людини і тварин можуть синтезувати симбіотичні мікроорганізми. Наприклад, у кишечнику людини симбіотичні бактерії синтезують вітаміни К, В₆, В₁₂; вітаміни групи В утворюють мікроорганізми, які мешкають у рубці жуйних тварин. Однак утворених в організмі людини вітамінів недостатньо для забезпечення його нормальної життєдіяльності.

Всі вітаміни поділяють на 2 групи: жиророзчинні і водорозчинні.До водорозчинних належать: В₁-тіамін; В₂– рибофлавін; В₆– піридоксин; В₁₂- ціанобаламін; С – аскорбінова кислота.

До жиророзчинних належать: А – ретинол, D – кальциферол, К – філохінон, Е – токоферол.

Якщо в організмі тривалий час не вистачає певних вітамінів, то розвивається захворювання гіповітаміноз, за їх повної відсутності – авітаміноз, а за надлишку – гіпервітаміноз. Усі ці захворювання небезпечні для здоров′я людини. Гіпо- та авітаміноз можуть виникати і внаслідок порушення обміну речовин, коли організм не сприймає певні вітаміни.

Традиційно вітаміни позначають літерами латинського алфавіту А, В,С тощо. Тепер застосовують ще й хімічні назви С – аскорбінова кислота.

Вітаміни в залежності від здатності розчинятися у воді або жирах поділяють на водорозчинні й жиророзчинні. До перших належать вітаміни В,С, а до других – А, D, К, вітамін Е.

Іншою групою біологічно активних речовин, які відіграють важливу роль в забезпеченні нормальної життєдіяльності організму людини і тварин є гормони.

Гормони – це біологічно активні сполуки, що виділяються залозами внутрішньої секреції безпосередньо у кров і лімфу. Гормони – органічні речовини, здатні регулювати процеси обміну речовин і перетворення енергії, включаючись у цикл біохімічних реакцій. За своєю хімічною будовою гормони можуть бути похідними холестерину, наприклад гормони кори надниркових залоз – кортикостероїди (гідрокортизон) і гормони статевих залоз (тестостерон, естрадіол). А можуть бути білковими, наприклад гормони, що виділяються гіпофізом (окситоцин, вазопресин). Існують гормони – похідні амінокислоти тирозину, до них належать тироксин, трийодтиронін, які виділяються щитоподібною залозою, та адреналін, норадреналін, що виділяються мозковою речовин надниркових залоз. Дія гормонів різноманітна і виявляється в дуже малих концентраціях. Вони справляють регулювальний вплив на всі реакції обміну речовин, відіграють важливу роль у підтриманні гомеостазу, процесах адаптації організму до змінних умов середовища.

Так само діють і нейрогормони, які виробляються певними нервовими клітинами.

Характерними особливостями дії гормонів і нейрогормонів є такі:

Висока біологічна активність, тобто ці сполуки впливають на клітини, тканини, і органи в незначних концентраціях;
Висока специфічність дії гормонів та нейрогормонів полягає у впливові лише на певні процеси, що відбуваються в тих чи інших тканинах і органах. Гормони і нейрогормони впливають на ті клітини (так звані,клітини-мішені), які мають особливі рецептори, здатні їх розпізнавати;
Дистанційність дії, тобто гормони і нейрогормони з током крові можуть переноситися на значні відстані від місця їхнього утворення до клітин-мішеней;
Відносно короткий час існуванні в організмі: декілька хвилин або годин, після чого певний гормон втрачає свою активність під впливом специфічного ферменту.

Під контролем гормонів і нейрогормонів відбуваються всі етапи індивідуального розвитку людини і тварин, а також усі процеси життєдіяльності. Вони забезпечують пристосування до змін умов зовнішнього і внутрішнього середовища, регуляцію активності ферменту.

Якщо певні гормони виробляються в організмі в недостатній кількості або не виробляються взагалі, спостерігають порушення розвитку і обміну речовин різного ступеня тяжкості. Так само негативно на організм впливає і надмірне вироблення певного гормону. Ви пам’ятаєте, що за недостатнього утворення в організмі людини гормону росту розвивається карликовість, а за надлишкового – гігантизм.

7. Фактори росту (пояснення)

Для підтримування життя нормальних клітин вищих організмів абсолютно необхідною є їх взаємодія з унікальною комбінацією специфічних факторів росту.

Факторами росту називають групу білкових молекул, що впливають на синтез ДНК у клітині, диференціювання клітин та їх поділ. Ефекти факторів росту, на відміну від гормонів, можуть тривати протягом кількох днів.

Вони зазвичай стимулюють поділ певних типів клітин. Як правило, вони виділяються одними клітинами і діють на інші клітини, хоча інколи буває так, що вони діють на ті самі клітини, які їх виділяють. Фактори росту діють на свої клітини-мішені, що відрізняються від інших клітин характерними рецепторами.

Отже, ми з′ясували, що до біологічно активних речовин належать гормони, вітаміни, фактори росту, ферменти та інші. Ми вже знаємо, вони відіграють велике значення в процесах обміну речовин та перетворення енергії.

VI. Узагальнення та систематизація знань

Отже, на сьогоднішньому занятті ми закінчили вивчати групи органічних сполук.

Назвіть групи органічних сполук (ліпіди, біополімери, біологічно активні речовини);
Дайте визначення поняття «нуклеїнові кислоти» (складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди)
З чого складається молекула нуклеотиди? (із залишків нітратної основи, п′ятивуглецевого моносахариду (пентози) і фосфатної кислоти).
Назвіть два типи НК (ДНК, РНК)
У чому полягає правило Чаргаффа? (А-Т; Г-Ц)
Поясніть будову ДНК (двоспіральна; цукор-дезоксирибоза, залишок фосфорної к-ти, нітратна основа).
Поясніть будову РНК (односпіральна; цукор-рибоза, залишок фосфорної к-ти, нітратна основа) .
Назвіть відмінності між ДНК та РНК.
Які групи біологічно активних сполук вам відомі? (гормони, вітаміни, ферменти)

VII. Підсумок заняття

Отже, на сьогоднішньому занятті ми закінчили вивчати групи

органічних речовин. Ми з′ясували, що органічні речовини поділяють на 3 групи: ліпіди, біополімери та біологічно активні речовини. Ми дізналися, що ліпіди – гідрофобні органічні сполуки. Вони здійснюють теплоізоляційну, захисну та будівельну функції. Ознайомилися з вуглеводами, встановивши, що більшість з них складається з атомів Карбону, Гідрогену та Оксигену. Основні функції вуглеводів – енергетична і будівельна. Також ми з′ясували, що провідна роль серед органічних речовин належить білкам. Сьогодні ми ознайомилися з нуклеїновими кислотами, з′ясували, що вони є біополімерами, мономерами їх є нуклеотиди.

VIII. Визначення домашнього завдання

Опрацювати § 3. Підготувати доповідь про роль органічних речовин в організмі людини

‹

›