Высшие природные полимеры - Белки и Нуклеиновые кислоты

Цель урока:
Закрепить и углубить представления учащихся о природных полимерах на примере белков и нуклеиновых кислот.
Систематизировать знания о составе, строении, свойств и функции белков.
Иметь представление о химическом и биологическом синтезе белков, создании искусственной и синтетической пищи.
Расширить представление о составе и строении нуклеиновых кислот. Уметь объяснять построение двойной спирали ДНК по принципу комплементарности. Знать роль нуклеиновых кислот в жизнедеятельности организмов.
Продолжить развитие навыков самообразования, умения слушать лекцию, выделять главное. Делать записи по составлению плана или тезисов. Развивать познавательный интерес учащихся, устанавливать межпредметные связи (с биологией).

H
N
O
C
Са
Ва

Содержание химических элементов в клетке

Значения белков
В составе ныне живущих на Земле организмов содержится около тысячи миллиардов тонн белков. Отличаюсь неисчерпаемым разнообразием структуры, которая в то же время строго специфична для каждого из них, белки создают вместе с нуклеиновыми кислотами материальную основу для существования всего богатства организмов окружающего нас мира.
Белкам свойственна способность к внутримолекулярным взаимодействиям, поэтому так динамична структура и изменчива форма белковых молекул. Белки вступают во взаимодействие с самыми различными веществами. Объединяясь друг с другом или с нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами, они образуют рибосомы, митохондрии, лизосомы, мембраны эндоплазматической сети и другие субклеточные структуры, в которых осуществляются многообразные процессы обмена веществ. Поэтому именно белки играют выдающуюся роль в явлениях жизни.

Уровни организации белковый молекулы
Первичная
Вторичная
Третичная
Четвертичная
Одной из трудных задач химии белков была расшифровка последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи, т. е. первичной структуры белковой молекулы. Впервые она была решена английским ученым Ф. Сангером и его сотрудниками в 1945— 1956 гг. Они установили первичную структуру гормона инсулина – белка, вырабатываемого поджелудочной железой. За это Ф. Сангеру в 1958 г. была присуждена Нобелевская премия.

определенная
последовательность
a-аминокислотных остатков
в полипептидной цепи
Первичная структура -

Четвертичная структура–
агрегаты нескольких
белковых макромолекул
(белковые комплексы),
образованные за счет
взаимодействия разных
полипептидных цепей

Химические свойства белков
(видеофильм)
Характерная реакция белков – денатурация:
Свертывание белков при нагревании.
Осаждение белков концентрированным спиртом.
Осаждение белков солями тяжелых металлов.
2. Цветные реакции белков:
Ксантопротеиновая реакция
Биуретовая реакция
Определение содержания серы в составе белковой молекулы.

Роль белков в процессах жизнедеятельности
Огромный интерес представляет изучение не только структуры, но и роли белков в процессах жизнедеятельности. Многие из них обла-дают защитными (иммуноглобулины) и токсическими (яды змей, холер-ный, дифтерийный и столбнячный токсины, энтеротоксин. В из стафило-кокка, токсин бутулизма) свойствами, важными для медицинских целей.
Но главное — белки составляют важнейшую и незаменимую часть пищи человека. В наше время 10-15% населения Земли голодают, а 40% получают неполноценную пищу с недостаточным содержанием белка. Поэтому чело­вечество вынуждено индустриальными путями производить белок – наиболее дефицитный продукт на Земле. Эту задачу интенсивно решают тремя способами: производством кормо­вых дрожжей, приготовлением на заводах белково-витаминных концентратов на базе углеводородов нефти и выделением белков из непищевого сырья растительного происхождения. В нашей стране из углеводородного сырья изготовляют белково-витаминный концентрат. В качестве заменителя белка перспективно также промышленное производство незаменимых аминокислот.
Познание структуры и функций белков приближает человечество к овладению сокровенной тайной самого явления жизни.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, полинуклеотиды, обеспечивают хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах. Нуклеиновые кислоты открыл в 1869 г. швейцарский ученый Ф. Мишер как составную часть клеточных ядер, поэтому свое название они получили от латинского слова nucleus — ядро.
Nycleus»- ядро.
Впервые ДНК и РНК были извлечены из ядра клетки. Поэтому их называют нуклеиновыми кислотами.
Строение и выполняемые функции нуклеиновых кислот изучили американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик.

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК
В 1953 г. американский биохимик Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик построили модель пространственной структуры ДНК; которая имеет вид двойной спирали. Она соответствовала данным английских ученых Р. Франклин и М. Уилкинса, которые с помощью рентгеноструктурного анализа ДНК смогли определить общие параметры спирали, ее диаметр и расстояние между витками. В 1962 г. Уотсону, Крику и Уилкинсу за это важное открытие была присуждена Нобелевская премия.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ
ДНК –
дезоксирибонуклеиновая
кислота
РНК
рибонуклеиновая
кислота
Состав нуклеотида в ДНК
Состав нуклеотида в РНК
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Урацил (У):
Рибоза
Остаток
фосфорной
кислоты
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Тимин (Т)
Дезокси-
рибоза
Остаток
фосфорной
кислоты
Информационная
(матричная)
РНК (и-РНК)
Транспортная
РНК (т-РНК)
Рибосомная РНК (р-РНК)

Существует три типа нуклеиновых кислот:
ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты),
РНК (рибонуклеиновые кислоты)
и АТФ (аденозинтрифосфат).
Подобно углеводам и белкам,
это полимеры.
Как и белки, нуклеиновые кислоты являются
линейными полимерами. Однако их мономеры –
нуклеотиды – являются сложными веществами,
в отличие от достаточно простых сахаров и аминокислот.
Строение нуклеиновых кислот

Сравнительная характеристика ДНК и РНК
ДНК
Биологический полимер
Мономер – нуклеотид
4 типа азотистых оснований: аденин, тимин, гуанин, цитозин.
Комплементарные пары: аденин-тимин, гуанин-цитозин
Местонахождение - ядро
Функции – хранение наследственной информации
Сахар - дезоксирибоза
РНК
Биологический полимер
Мономер – нуклеотид
4 типа азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, урацил
Комплементарные пары: аденин-урацил, гуанин-цитозин
Местонахождение – ядро, цитоплазма
Функции –перенос, передача наследственной информации.
Сахар - рибоза

Триплет
Триплет – три последовательно расположенных нуклеотида. Последовательность триплетов определяет последовательность аминокислот в белке!
Расположенные друг за другом триплеты, обуславливающие структуру одной белковой молекулы, представляют собой ГЕН.

Репликация – процесс самоудвоения молекулы ДНК на основе принципа комплементарности.
Значение репликации: благодаря самоудвоению ДНК, происходят процессы деления клеток.

Между азотными основаниями пары А и Т
образуются 2 водородные связи, а между Г и Ц - 3,
поэтому прочность связи Г-Ц выше, чем А-Т:
Комплементарные пары

ДНК
В СОСТАВЕ ХРОМОСОМ

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК
ДНК

Значение нуклеиновых кислот
Хранение, перенос и передача по наследству информации о структуре белковых молекул.
Стабильность НК- важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов.
Изменение структуры НК- изменение структуры клеток или физиологических процессов- изменение жизнедеятельности.

Применение НК
На протяжении жизни человек болеет, попадает в неблагоприятные производственные или климатические условия. Следствие этого – учащение «сбоев» в отлаженном генетическом аппарате. До определенного времени «сбои» себя внешне не проявляют, и мы их не замечаем. Увы! Со временем изменения становятся очевидными. В первую очередь они проявляются на коже.
В настоящее время результаты исследований биомакромолекул выходят из стен лабораторий, начиная все активнее помогать врачам и косметологам в повседневной работе. Еще в 1960-х гг. стало известно, что изолированные нити ДНК вызывают регенерацию клеток. Но только в самые последние годы XX столетия стало возможно использовать это свойство для восстановления клеток стареющей кожи.

Применение НК
Наука еще далека от возможности использования нитей экзогенной ДНК (за исключением вирусной ДНК) в качестве матрицы для «нового» синтеза ДНК непосредственно в клетках человека, животного или растения. Дело в том, что клетка-хозяин надежно защищена от внедрения чужеродной ДНК присутствующими в ней специфическими ферментами – нуклеазами. Чужеродная ДНК неминуемо подвергнется разрушению, или рестрикции, под действием нуклеаз. ДНК будет признана «чужеродной» по отсутствию в ней специфической для каждого организма картины распределения метилированных оснований, присущих ДНК клетки-хозяина. Вместе с тем, чем ближе родство клеток, тем в большей степени их ДНК будут образовывать гибриды.
Результат этого исследования – различные косметические кремы, включающие «волшебные нити» для омоложения кожи.