ГДЗ до підручника «Біологія і екологія» В.І. Соболь. 10 клас

§ 20. Біоорганічні речовини. Білки, нуклеїнові кислоти: огляд будови й біологічної ролі

Пригадайте!

Що таке речовини?

Речовини - це матеріали, що мають однорідний і певний склад. Це можуть бути або елементи, які є чистими речовинами, що складаються з одного типу атомів, або сполуки, які складаються з двох або більше елементів, поєднаних у фіксованому співвідношенні. Речовини можуть існувати в різних фізичних формах, таких як тверді тіла, рідини та гази.

Поміркуйте!

Органічні речовини – речовини, що мають ковалентно зв’язані ланцюжки з Карбону. Сьогодні відомо понад 20 мільйонів органічних речовин, серед яких є природні й штучні. Цікаво, а чим біоорганічні речовини відрізняються від інших органічних?

Біоорганічні речовини — це органічні речовини, які були отримані або вироблені з живих організмів, такі як білки, цукри, ліпіди та нуклеїнові кислоти. Зазвичай це дуже складні молекули, що складаються з багатьох атомів і ковалентних зв’язків. Біоорганічні речовини необхідні для життя, оскільки вони беруть участь у багатьох біохімічних процесах, включаючи обмін речовин, виробництво енергії, ріст і розвиток, а також розмноження. Вони відрізняються від інших органічних речовин тим, що є будівельними блоками життя та мають важливе значення для функціонування живих організмів.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Зіставте названі функції з тими білками, що їх реалізують. Заповніть таблицю відповідей та отримайте назву цілого класу білків, що забезпечують умови для зсідання білків, витривалість клітин в умовах високої температури. Підготуйте повідомлення про ці білки.

Біоорганічні речовини відрізняються від інших органічних речовин тим, що вони містять такі елементи, як азот, фосфор, сірка, калій, натрій, магній, залізо, цинк, необхідні для обміну речовин і перетворення енергії в живих організмах. Ці елементи містяться в білках, ферментах, коферментах, гормонах, вітамінах і нуклеїнових кислотах, кожен з яких відіграє унікальну роль у метаболізмі та перетворенні енергії. Крім того, біоорганічні речовини часто використовують для діагностики та лікування хвороб, підвищення врожайності, створення нових ліків і матеріалів, а також для вивчення взаємодії сполук із навколишнім середовищем.

Перекладіть текст і поясніть значення нуклеотидів для життя. «Nucleotides are organic molecules that serve as the monomer units for forming the nucleic acid polymers deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA), both of which are essential biomolecules in all life-forms on Earth. Nucleotides are the building blocks of nucleic acids; they are composed of three subunit molecules: a nitrogenous base, a five-carbon sugar (ribose or deoxyribose), and at least one phosphate group. Nucleotides also play a central role in life-form metabolism at the fundamental, cellular level. They carry packets of chemical energy – in the form of the nucleoside triphosphates ATP, GTP, CTP and UTP – throughout the cell to the many cellular functions that demand energy, which include synthesizing amino acids, proteins and cell membranes and parts; moving the cell and moving cell parts, both internally and intercellularly; dividing the cell, etc. In addition, nucleotides participate in cell signaling (cGMP and cAMP), and are incorporated into important cofactors of enzymatic reactions (e.g. coenzyme A, FAD, NAD, NADP).

«Нуклеотиди — це органічні молекули, які служать мономерними одиницями для формування полімерів нуклеїнової кислоти, дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) і рибонуклеїнової кислоти (РНК), обидва з яких є важливими біомолекулами в усіх формах життя на Землі. Нуклеотиди є будівельними блоками нуклеїнових кислот; вони складаються з трьох субодиниць молекул: азотистої основи, п’ятивуглецевого цукру (рибози або дезоксирибози) і принаймні однієї фосфатної групи. Нуклеотиди також відіграють центральну роль у метаболізмі життєвих форм на фундаментальному, клітинному рівні. Вони несуть пакети хімічної енергії – у формі нуклеозидтрифосфатів АТФ, ГТФ, ЦТФ і УТФ – по всій клітині до багатьох клітинних функцій, які потребують енергії, зокрема синтез амінокислот, білків і клітинних мембран і частин; переміщення клітини та переміщення частин клітини, як внутрішньо, так і міжклітинно; поділу клітини тощо. Крім того, нуклеотиди беруть участь у передачі сигналів клітини (цГМФ і цАМФ) і включені до важливих кофакторів ферментативних реакцій (наприклад, коензим А, ФАД, НАД, НАДФ).

СТАВЛЕННЯ

Нобелівську премію в галузі хімії у 2017 р. отримали науковці Ж. Дюбоше, Й. Франк і Р. Хендерсон, яких відзначено за «розвиток кріоелектронної мікроскопії, яка спрощує та поліпшує визначення структури біомолекул». Кріоелектронна мікроскопія дає змогу заморозити біомолекули під час руху та візуалізувати процеси, що є вирішальними для розуміння хімії життя. Що таке кріоелектронна мікроскопія? Яке значення може мати цей метод досліджень для розв’язування проблем збереження здоров’я людини?

Кріоелектронна мікроскопія (кріо-ЕМ) — це техніка, яка використовується для візуалізації структурних деталей біомолекул, таких як білки та віруси, з дуже високою роздільною здатністю. Він використовує електрони для створення зображення замороженого зразка, що дозволяє дослідникам спостерігати за складними деталями та процесами молекули. Цей метод використовувався для вивчення структури білків, нуклеїнових кислот, вірусів та інших біомолекул. Кріоелектронна мікроскопія має потенціал зробити революцію в молекулярній біології та медичних дослідженнях. Його можна використовувати для вивчення структури білків, що є важливим для розуміння того, як білки функціонують і як вони взаємодіють з іншими молекулами. Розуміючи структуру білків, вчені можуть розробляти методи лікування, ліки та вакцини, спрямовані на конкретні білки та їхню функцію. Cryo-EM також можна використовувати для вивчення структури вірусів, що може допомогти зрозуміти, як віруси вторгаються в клітини та як створити противірусні препарати. Крім того, цей метод можна використовувати для вивчення структури та функції інших біомолекул, таких як нуклеїнові кислоти, що може призвести до розробки методів лікування таких захворювань, як рак.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке біомолекули?

Біомолекули - це молекули, які містяться в живих організмах і відіграють важливу роль у функціонуванні організму. Приклади біомолекул включають білки, вуглеводи, ліпіди, нуклеїнові кислоти та гормони. Білки — це великі молекули, що складаються з амінокислот, і вони відповідають за багато функцій в організмі, таких як структурна підтримка, транспортування молекул і каталізатор біохімічних реакцій. Вуглеводи - це молекули, які складаються з вуглецю, водню та кисню, і вони використовуються організмом як джерело енергії. Ліпіди — це молекули, які складаються з жирних кислот і гліцерину, і вони важливі для зберігання енергії, формування клітинних мембран і формування основи гормонів. Нуклеїнові кислоти - це молекули, які зберігають генетичну інформацію і складаються з нуклеотидів. Гормони - це молекули, які діють як хімічні месенджери в організмі та відповідають за регулювання багатьох процесів.

2. Назвіть групи та функції біомолекул.

Біомолекули загалом можна розділити на чотири основні групи: білки, вуглеводи, ліпіди та нуклеїнові кислоти. Білки — це великі молекули, що складаються з амінокислот, і вони беруть участь у структурній підтримці, транспортуванні молекул і каталізі біохімічних реакцій. Вуглеводи - це молекули, що складаються з вуглецю, водню та кисню, і вони використовуються організмом як джерело енергії. Ліпіди — це молекули, що складаються з жирних кислот і гліцерину, і вони важливі для зберігання енергії, формування клітинних мембран і формування основи гормонів. Нуклеїнові кислоти - це молекули, які зберігають генетичну інформацію і складаються з нуклеотидів. Гормони - це молекули, які діють як хімічні месенджери в організмі та відповідають за регулювання багатьох процесів.

3. Що таке білки?

Білки - це великі молекули, що складаються з амінокислот, які містяться в усіх живих організмах. Вони відповідають за багато функцій організму, включаючи структурну підтримку, транспортування молекул і каталізатор біохімічних реакцій. Білки побудовані з послідовності амінокислот і згорнуті в певну тривимірну форму. Ця форма необхідна для того, щоб молекула могла виконувати свою функцію. Білки містяться в усіх клітинах і виконують різноманітні функції, включаючи забезпечення структури, транспортування молекул і каталізатор біохімічних реакцій.

4. Назвіть функції білків у біосистемах.

Білки є важливими компонентами біологічних систем і виконують широкий спектр функцій, включаючи структурну підтримку, транспортування молекул, каталізатор біохімічних реакцій, забезпечення енергією та регулювання процесів. Білки беруть участь у багатьох процесах, таких як забезпечення структурної підтримки клітин, транспортування молекул з однієї області в іншу, регулювання біохімічних реакцій, забезпечення енергії у формі АТФ і утворення гормонів. Білки також відіграють важливу роль в імунітеті, оскільки вони діють як антитіла для боротьби з патогенами, і в метаболізмі, оскільки вони беруть участь у розщепленні та синтезі молекул. Крім того, білки відповідають за вироблення ферментів, необхідних для обмінних процесів.

5. Що таке ДНК?

ДНК, або дезоксирибонуклеїнова кислота, — це молекула, що міститься в ядрі клітин і зберігає генетичну інформацію. Він складається з двох ниток нуклеотидів, які утворюють подвійну спіраль, і містить інструкції для всіх клітинних процесів в організмі. ДНК відповідає за визначення характеристик організму, таких як зріст, колір очей та інші ознаки. Він також відповідає за те, як клітини діляться і як експресуються гени. ДНК передається з покоління в покоління, і мутації в ній можуть призвести до генетичних захворювань.

6. Що таке РНК?

РНК, або рибонуклеїнова кислота, — це молекула, що міститься в ядрі клітин і бере участь у виробництві білків. Він складається з одного ланцюга нуклеотидів і відповідає за транскрипцію генетичної інформації з ДНК у білки. РНК бере участь у виробництві білків, діючи як матриця для рибосом, щоб зчитувати генетичний код і збирати відповідні амінокислоти в білок. РНК також відіграє певну роль у регуляції експресії генів, оскільки вона може зв’язуватися з певними ділянками ДНК і пригнічувати транскрипцію генів. РНК також виконує інші ролі в клітині, такі як участь у транспорті молекул і регуляції активності ферментів.

7. Які особливості та роль біомолекул в обміні речовин й енергії?

Біомолекули відіграють важливу роль в обміні речовин і енергії в живих організмах. Білки необхідні для різноманітних метаболічних процесів, таких як розщеплення вуглеводів, ліпідів і білків для виробництва енергії та створення нових молекул. Вуглеводи є основним джерелом енергії для більшості організмів, а ліпіди важливі для зберігання енергії, формування клітинних мембран і формування основи гормонів. Нуклеїнові кислоти — це молекули, які зберігають генетичну інформацію та беруть участь у виробництві білків, регуляції експресії генів, транспорті молекул і регуляції ферментів. Крім того, ферменти — це білки, які діють як каталізатори для прискорення біохімічних реакцій, наприклад тих, що беруть участь в енергетичному обміні.

8. Яка будова та біологічна роль білків в обміні речовин?

Білки - це великі біомолекули, що складаються з амінокислот, які необхідні для багатьох біологічних процесів. Вони беруть участь у різноманітних метаболічних процесах, таких як розщеплення вуглеводів, ліпідів і білків для виробництва енергії та створення нових молекул. Білки також беруть участь у регуляції експресії генів і транспорту молекул. Крім того, білки відповідають за вироблення ферментів, необхідних для обмінних процесів. Структура білків визначається послідовністю амінокислот, а тривимірна структура білка надає йому його функції. Форма білка є важливою для того, щоб він міг виконувати свої функції, а мутації в послідовності амінокислот можуть призвести до змін у структурі та функції білка.

9. Яка біологічна роль нуклеїнових кислот у метаболізмі?

Нуклеїнові кислоти відіграють важливу роль у метаболізмі, оскільки вони беруть участь у виробництві білків, регуляції експресії генів, транспорті молекул і регуляції ферментів. ДНК відповідає за зберігання генетичної інформації, тоді як РНК бере участь у транскрипції генетичної інформації з ДНК у білки. Крім того, ДНК можна використовувати для регулювання експресії генів, оскільки вона може зв’язуватися з певними ділянками ДНК і пригнічувати транскрипцію генів. Нуклеїнові кислоти також беруть участь у транспортуванні молекул, оскільки їх можна використовувати для упаковки молекул і переміщення їх від однієї клітини до іншої. Нарешті, нуклеїнові кислоти беруть участь у регуляції ферментів, оскільки вони можуть зв’язуватися з певними ферментами та регулювати їхню активність.

10. Від чого залежать властивості й функції білків і нуклеїнових кислот?

Властивості і функції білків і нуклеїнових кислот залежать від їх структури. Білки складаються з амінокислот, і послідовність цих амінокислот визначає тривимірну структуру білка, яка, у свою чергу, визначає його функцію. Нуклеїнові кислоти складаються з нуклеотидів, і послідовність цих нуклеотидів визначає структуру молекули, яка, у свою чергу, визначає, як вона буде взаємодіяти з іншими молекулами та як використовуватиметься в метаболічних процесах. Мутації в послідовності амінокислот або нуклеотидів можуть призводити до змін структури і функції білків або нуклеїнових кислот.