Какие свойства живого можно связать со свойствами белков
ВИДЕОУРОК
Биологическая система
– целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.
Признаки биологических систем
– критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы:
1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В неживой природе самыми распространенными элементами являются кремний, железо, магний, алюминий, кислород. В живых же организмах 98% элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: углерода, кислорода, азота и водорода.
2. Обмен веществ. К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед и др. У живых же организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция – см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.
Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие – постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.
4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением ее химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.
5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называют эволюцией.
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие часто сопровождается ростом – увеличением линейных размеров и массы всей особи и ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток.
Историческое развитие сопровождается образование новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов на Земле.
7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.
Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы).
8. Дискретность (от лат. discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.
9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). Саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной, эндокринной и некоторых других регуляторных систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.
10. Ритмичность – свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.
Ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.
11. Энергозависимость. Биологические системы являются «открытыми» для поступления энергии. Под «открытыми» понимают динамические, т.е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – этофотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).
Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»
Вариант 1.
1! Из клеток состоят:
а) растения
б) грибы
в) люди
г) горные породы
2! Питание – это поступление в организм:
а) воды
б) любых веществ
в) веществ, необходимых для роста
г) веществ, необходимых для жизни
3. Ядовитые, ненужные и лишние вещества организмы удаляют с помощью:
а) дыхания
б) выделения
в) питания
г) движения
4! В течение всей жизни растут:
а) люди
б) животные
в) грибы
г) растения
5! Найдите верные утверждения:
а) бактерии состоят из одной клетки
б) животные растут всю жизнь
в) животные двигаются всю жизнь
г) растения выделяют кислород
6! О развитии можно говорить, если:
а) семя превратилось в растение
б) щенок вырос в собаку
в) листья повернулись к свету
г) маленькое дерево стало большим
Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»
Вариант 2.
1! Внутри много маленьких клеток у:
а) кошки
б) рябины
в) змеи
г) телевизора
2! Благодаря пище живые организмы получают:
а) энергию для жизни
б) вещества для «строительства» тела
в) вещества для «ремонта» тела
г) только вещества, необходимые для роста
3!* Ответные действия называют:
а) дыханием
б) реакцией
в) движением
г) раздражимостью
4! Найдите верные утверждения:
а) все живые организмы состоят из клеток
б) растения питаются готовыми органическими веществами
в) все живые организмы размножаются
г) основной источник кислорода на Земле – растения
5. Животные больше двигаются чем растения потому, что:
а) им нужно больше пищи
б) им нужно больше энергии
в) они должны свою пищу поймать или найти
г) они состоят из клеток и размножаются
Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»
Вариант 3.
1! Из невидимых глазом клеток построены:
а) Луна
б) ваши родители
в) кочан капусты
г) деревянная скамейка
2!* Живые организмы получают энергию благодаря:
а) питанию
б) движению
в) дыханию
г) выделению
3! Двигаться могут:
а) микробы
б) растения
в) животные
г) только листья растений
4! Найдите ошибочные утверждения:
а) бактерии состоят из одной клетки
б) животные растут всю жизнь
в) животные двигаются все время
г) растения выделяют кислород
5! Выделение помогает организму избавиться от:
а) лишних питательных веществ
б) ядовитых веществ
в) непереваренных веществ
г) лишней энергии
6. Найдите верные утверждения:
а) если двигается, то живое
б) дышат только животные
в) к выделению отходов способны только животные
г) если размножается, то живое
Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»
Вариант 4.
1! Из клеток состоят:
а) горные породы
б) растения
в) люди
г) грибы
2! Питание – это поступление в организм:
а) веществ, необходимых для жизни
б) веществ, необходимых для роста
в) любых веществ
г) воды
3. Ядовитые, ненужные и лишние вещества организмы удаляют с помощью:
а) выделения
б) дыхания
в) питания
г) движения
4! В течение всей жизни растут:
а) грибы
б) животные
в) люди
г) деревья
5! Найдите верные утверждения:
а) бактерии состоят из одной клетки
б) растения выделяют кислород
в) дышат только грибы
г) животные растут всю жизнь
6! О развитии можно говорить, если:
а) маленькое дерево стало большим
б) семя превратилось в растение
в) листья повернулись к свету
г) щенок вырос в собаку
Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»
Вариант 5.
1! Внутри много маленьких клеток у:
а) окуня
б) рябины
в) телевизора
г) змеи
2! Благодаря пище живые организмы получают:
а) только вещества, необходимые для роста
б) энергию для жизни
в) вещества для «ремонта» тела
г) вещества для «строительства» тела
3!* Ответные действия называют:
а) реакцией
б) движением
в) раздражимостью
г) дыханием
4! Найдите верные утверждения:
а) растения питаются готовыми органическими веществами
б) все живые организмы размножаются
в) все живые организмы состоят из клеток
г) основной источник кислорода на Земле – растения
5. Животные больше двигаются чем растения потому, что:
а) им нужно больше пищи
б) они должны свою пищу поймать или найти
в) они состоят из клеток и размножаются
г) им нужно больше энергии
Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»
Вариант 6.
1! Из невидимых глазом клеток построены:
а) ваши родители
б) Луна
в) клубень картофеля
г) волк
2!* Живые организмы получают энергию благодаря:
а) питанию
б) дыханию
в) движению
г) выделению
3! Двигаться могут:
а) растения
б) только листья растений
в) насекомые
г) бактерии
4! Найдите ошибочные утверждения:
а) животные растут всю жизнь
б) бактерии состоят из одной клетки
в) растения выделяют кислород
г) вирусы имеют клеточное строение
5! Выделение помогает организму избавиться от:
а) непереваренных веществ
б) лишней энергии
в) лишних питательных веществ
г) ядовитых веществ
6. Найдите верные утверждения:
а) клетки растений имеют ядро
б) дышат только животные
в) к выделению отходов способны только животные
г) грибы способны активно передвигаться
Ответы:
вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
в-1 | а, б, в | в, г | б | в, г | а, г | а, б |
в-2 | а, б, в | а, б, в | б, г | а, в, г | в | |
в-3 | б, в, г | а, в | а, б, в | б, в | б, в | г |
в-4 | б, в, г | а, б | а | а, г | а, б | б, г |
в-5 | а, б, г | б, в, г | а, в | б, в, г | б | |
в-6 | а, в, г | а, б | а, в, г | а, г | а, г | а |
Áåëêè – ïðèðîäíûå ïîëèïåïòèäû ñ îãðîìíîé ìîëåêóëÿðíîé ìàññîé. Îíè âõîäÿò â ñîñòàâ âñåõ æèâûõ îðãàíèçìîâ è âûïîëíÿþò ðàçëè÷íûå áèîëîãè÷åñêèå ôóíêöèè.
Ñòðîåíèå áåëêà.
Ó áåëêîâ ñóùåñòâóåò 4 óðîâíÿ ñòðîåíèÿ:
- ïåðâè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêà – ëèíåéíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü àìèíîêèñëîò â ïîëèïåïòèäíîé öåïè, ñâåðíóòûõ â ïðîñòðàíñòâå:
- âòîðè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêà – êîíôîðìàöèÿ ïîëèïåïòèäíîé öåïè, ò.ê. ñêðó÷èâàíèå â ïðîñòðàíñòâå çà ñ÷åò âîäîðîäíûõ ñâÿçåé ìåæäó NH è ÑÎ ãðóïïàìè. Åñòü 2 ñïîñîáà óêëàäêè: α-ñïèðàëü è β— ñòðóêòóðà.
α-ñïèðàëü Íà îäíîì âèòêå óêëàäûâàþòñÿ 4 àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêà, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ ñíàðóæè ñïèðàëè. |
β-ñòðóêòóðà. Ïîëèïåïòèäíàÿ öåïü ðàñòÿíóòà, åå ó÷àñòêè ðàñïîëàãàþòñÿ ïàðàëëåëüíû äðóã äðóãó è óäåðæèâàþòñÿ âîäîðîäíûìè ñâÿçÿìè. |
- òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêà – ýòî òðåõìåðíîå ïðåäñòàâëåíèå çàêðó÷åííîé α-ñïèðàëü èëè β-ñòðóêòóðû â ïðîñòðàíñòâå:
Ýòà ñòðóêòóðà îáðàçóåòñÿ çà ñ÷åò äèñóëüôèäíûõ ìîñòèêîâ –S-S- ìåæäó öèñòåèíîâûìè îñòàòêàìè.  îáðàçîâàíèè òàêîé ñòðóêòóðû ó÷àñòâóþò ïðîòèâîïîëîæíî çàðÿæåííûå èîíû.
- ÷åòâåðòè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêà îáðàçóåòñÿ çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ðàçíûìè ïîëèïåïòèäíûìè öåïÿìè:
Ñèíòåç áåëêà.
 îñíîâå ñèíòåçà ëåæèò òâåðäîôàçíûé ìåòîä, â êîòîðîì ïåðâàÿ àìèíîêèñëîòà çàêðåïëÿåòñÿ íà ïîëèìåðíîì íîñèòåëå, à ê íåé ïîñëåäîâàòåëüíî ïîäøèâàþòñÿ íîâûå àìèíîêèñëîòû. Ïîñëå ïîëèìåð îòäåëÿþò îò ïîëèïåïòèäíîé öåïè.
Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà áåëêà.
Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà áåëêà îïðåäåëÿþòñÿ ñòðîåíèåì, ïîýòîìó áåëêè äåëÿò íà ãëîáóëÿðíûå (ðàñòâîðèìûå â âîäå) è ôèáðèëëÿðíûå (íåðàñòâîðèìûå â âîäå).
Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà áåëêîâ.
1. Äåíàòóðàöèÿ áåëêà (ðàçðóøåíèå âòîðè÷íîé è òðåòè÷íîé ñòðóêòóðû ñ ñîõðàíåíèåì ïåðâè÷íîé). Ïðèìåð äåíàòóðàöèè – ñâåðòûâàíèå ÿè÷íûõ áåëêîâ ïðè âàðêå ÿèö.
2. Ãèäðîëèç áåëêîâ – íåîáðàòèìîå ðàçðóøåíèå ïåðâè÷íîé ñòðóêòóðû â êèñëîì èëè ùåëî÷íîì ðàñòâîðå ñ îáðàçîâàíèåì àìèíîêèñëîò. Òàê ìîæíî óñòàíîâèòü êîëè÷åñòâåííûé ñîñòàâ áåëêîâ.
3. Êà÷åñòâåííûå ðåàêöèè:
Áèóðåòîâàÿ ðåàêöèÿ – âçàèìîäåéñòâèå ïåïòèäíîé ñâÿçè è ñîëåé ìåäè (II) â ùåëî÷íîì ðàñòâîðå. Ïî îêîí÷àíèþ ðåàêöèè ðàñòâîð îêðàøèâàåòñÿ â ôèîëåòîâûé öâåò.
Êñàíòîïðîòåèíîâàÿ ðåàêöèÿ — ïðè ðåàêöèè ñ àçîòíîé êèñëîòîé íàáëþäàåòñÿ æåëòîå îêðàøèâàíèå.
Áèîëîãè÷åñêîå çíà÷åíèå áåëêà.
1. Áåëêè – ñòðîèòåëüíûé ìàòåðèàë, èç íåãî ïîñòðîåíû ìûøöû, êîñòè, òêàíè.
2. Áåëêè — ðåöåïòîðû. Ïåðåäàþò è âîñïðèíèìàþò ñèãíàë, ïîñòóïàþùèõ îò ñîñåäíèõ êëåòîê èç îêðóæàþùåé ñðåäû.
3. Áåëêè èãðàþò âàæíóþ ðîëü â èììóííîé ñèñòåìå îðãàíèçìà.
4. Áåëêè âûïîëíÿþò òðàíñïîðòíûå ôóíêöèè è ïåðåíîñÿò ìîëåêóëû èëè èîíû â ìåñòî ñèíòåçà èëè íàêîïëåíèÿ. (Ãåìîãëîáèí ïåðåíîñèò êèñëîðîä ê òêàíÿì.)
5. Áåëêè – êàòàëèçàòîðû – ôåðìåíòû. Ýòî î÷åíü ìîùíûå ñåëåêòèâíûå êàòàëèçàòîðû, êîòîðûå óñêîðÿþò ðåàêöèè â ìèëëèîíû ðàç.
Åñòü ðÿä àìèíîêèñëîò, êîòîðûå íå ìîãóò ñèíòåçèðîâàòüñÿ â îðãàíèçìå — íåçàìåíèìûå, èõ ïîëó÷àþò òîëüêî ñ ïèùåé: òèçèí, ôåíèëàëàíèí, ìåòèíèí, âàëèí, ëåéöèí, òðèïòîôàí, èçîëåéöèí, òðåîíèí.
Белки — это высокомолекулярные соединения (биополимеры), мономерами которых яв
ляются аминокислоты, соединенные пептидными связями.
Аминокислотой называют органическое соединение, имеющее карбоксильную и амино
группу, а также радикал. В природе встречается около 200 аминокислот, которые
различаются взаимным расположением функциональных групп и радикалами, но только 20 из них входят в состав белков. Такие аминокислоты называют протеиногенными.
Не все протеиногенные аминокислоты могут синтези
роваться в организме человека. Аминокислоты, которые
образуются в организме человека в необходимом коли
честве, называют заменимыми (их насчитывается 12),
а аминокислоты, которые не синтезируются и должны
поступать с пищей, — незаменимыми (8). К незамени
мым аминокислотам относят валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин.
Уровни структурной организации белка.
У белков различают первичную, вторичную,третичную и четвертичную структуры.
Первичная структура белка — это последовательность аминокислот, соединенных пептидной связью. Особенности аминокислотного состава белка обусловливают его
пространственную укладку — возникновение вторичной и третичной структур. Изменение
расположения хотя бы одной аминокислоты в первичной структуре влечет за собой измене
ние более высоких структур, а также свойств белка в целом.
Вторичная структура представляет собой упорядоченную пространственную структуру
белковой молекулы в виде спиралей или складок, поддерживаемых водородными связями, которые возникают между атомами кислорода и водорода. Болееменее длинные
участки со вторичной структурой имеют, например, кератины волос и ногтей, фиброин шелка.
Третичная структура белка является
формой пространственной укладки поли
пептидной цепи в виде глобулы (клубка),
поддерживаемой гидрофобными, водород
ными, дисульфидными (S—S) и ионными
связями . Она характерна для
большинства белков организма, напри
мер, миоглобина мышц.
Четвертичная структура — это про
странственная организация нескольких
глобул, которая поддерживается слабы
ми взаимодействиями (гидрофобными,
ионными, водородными и др.).
Четвертичная структура характер
на для гемоглобина и хлорофилла.
По форме молекулы различают фи
бриллярные и глобулярные белки. Первые
из них вытянуты, как, например, колла
ген соединительной ткани или кератины
волос и ногтей. Глобулярные же белки
имеют форму глобулы, как миоглобин
мышц.
Свойства белков.
Одни белки хорошо растворимы в воде, а другие растворяются толь
ко в растворах солей, щелочей, кислот или органических растворителях. Структура молекулы белка и его функциональная активность зависят от условий окружающей среды. Утрата белковой молекулой структуры, вплоть до первичной, называется денатурацией. Денатурация происходит вследствие изменения температуры, рН, атмосферного давления, под действием кислот,
щелочей, солей тяжелых металлов, органических растворителей и др. Обратный процесс восстановления структуры называется ренатурацией, однако он не всегда возможен. Полное разрушение белковой молекулы называется деструкцией
Функции белков:
Белки выполняют в клетке ряд функций: пластическую (строительную), каталитическую (ферментативную), энергетическую, сигнальную (рецепторную), сократительную (двигательную), транспортную, защитную, регуляторную и запасающую.Строительная функция белков связана с их наличи
ем в клеточных мембранах и структурных компонентах клетки. Энергетическая обусловлена тем, что при
расщеплении 1 г белка высвобождается 17,2 кДж энер
гии. Белки — рецепторы мембран принимают участие
в восприятии сигналов окружающей среды и их пе
редаче в клетке, а также в межклеточном узнавании.
Без белков невозможно движение клеток и организмов
в целом. Они составляют основу жгутиков и ресничек,
а также обеспечивают сокращение мышц и перемеще
ние внутриклеточных компонентов. В крови человека
и многих животных белок гемоглобин переносит кисло
род и часть углекислого газа, другие белки транспортируют ионы и электроны. Защитная роль белков связана
с иммунитетом: белок интерферон способен уничтожать
многие вирусы, а белкиантитела участвуют в иммун
ных реакциях. Среди белков и пептидов есть регулято
ры, например, гормон поджелудочной железы, инсулин,
регулирующий концентрацию глюкозы в крови. У неко
торых организмов белки могут откладываться в запас,
как у бобовых в семенах, или у птиц и пресмыкающихся в яйцах.
ТЕСТ ДОМАШНИЙ