Контрольная работа по «Концепции современного естествознания»

Остов цепей ДНК образован, таким образом, сахарофосфатными остатками.

   Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали, напоминая винтовую лестницу, и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между аденином и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи). Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых - числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа». Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплементарностью, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы.

   Цепи в молекуле ДНК противоположно  направлены, т. е., если одна цепь  имеет направление от З’-конца  к 5′-концу, то в другой цепи  З’-концу соответствует 5′-конец  и наоборот. Это свойство биспирали  ДНК называется антипараллельностью.

   Впервые двухцепочечная модель молекулы ДНК была предложена в 1953 г. американским ученым Дж. Уотсоном и англичанином Ф. Криком. Он объединил данные Э. Чаргаффа о соотношении пуриновых и пиримидиновых оснований молекул ДНК и результаты рентгено-структурного анализа, полученные М. Уилкинсом и Р. Франклин. За разработку двухспиральной модели молекулы ДНК Уотсон, Крик и Уилкинс были удостоены в 1962 г. Нобелевской премии.

   ДНК - самые крупные биологические  молекулы. Их длина составляет  от 0,25 мм - у некоторых бактерий  до 40 мм - у человека. Это значительно больше самой крупной молекулы белка, которая в развернутом виде достигает не более 100-200 нм. Масса молекулы ДНК составляет 6 • 10-¹² г.

   Диаметр молекулы ДНК - 2 нм, шаг  спирали - 3,4 нм; каждый виток спирали  содержит 10 пар нуклеотидов. Спиральная структура поддерживается многочисленными водородными связями, возникающими между комплементарными азотистыми основаниями, и гидрофобными взаимодействиями. Молекулы ДНК эукариотических организмов линейны. У прокариот ДНК, напротив, замкнута в кольцо и не имеет ни 3′-, ни 5′-концов.

   Подобно белкам при изменении  условий ДНК может подвергаться денатурации, которая называется плавлением. При постепенном возврате к нормальным условиям ДНК ренатурирует.

   Строение молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Однако имеется и ряд существенных отличий. В молекуле РНК вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов входит рибоза. Вместо тимидилового нуклеотида (Т) входит уридиловый (У). Главное отличие от ДНК состоит в том, что молекула РНК представляет собой одну цепь. Однако ее нуклеотиды способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах тРНК, рРНК), но в этом случае речь идет о внутрицепочечном соединении комплементарных нуклеотидов. Цепочки РНК значительно короче ДНК.

   В клетке существует несколько  видов РНК, которые различаются по величине молекул, структуре, расположению в клетке и функциям.

   Информационная (матричная) РНК-мРНК- наиболее разнородная по размерам и структуре. мРНК представляет собой незамкнутую полинуклеотидную цепь. Она синтезируется в ядре при участии фермента РНК-полимеразы по принципу комплементарности участку ДНК, отвечающего за кодирование данного белка. мРНК выполняет важнейшую функцию в клетке. Она служит в качестве матриц для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК. Каждый белок клетки кодируется специфичной ему мРНК.

   Рибосомная РНК - рРНК. Это одноцепочечные нуклеиновые кислоты, которые в комплексе с белками образуют рибосомы - органеллы, на которых происходит синтез белка. Информация о структуре рРНК закодирована в участках ДНК, расположенных в области вторичной перетяжки хромосом. На долю рРНК приходится 80 % всей РНК клетки, поскольку клетки содержат большое количество рибосом. рРНК обладают сложной вторичной и третичной структурой, образуя петли на комплементарных участках, что приводит к самоорганизации этих молекул в сложное по форме тело. В состав рибосом входят 3 типа рРНК - у прокариот и 4 типа рРНК - у эукариот.

  Транспортная (трансферная) РНК- тРНК. Молекула тРНК состоит в среднем из 80 нуклеотидов. Содержание тРНК в клетке - около 15 % всей РНК. Функция тРНК - перенос аминокислот к месту синтеза белка и участие в процессе трансляции. Число различных типов тРНК в клетке невелико (около 40). Все они имеют сходную пространственную организацию. Благодаря внутрицепочечным водородным связям молекула тРНК приобретает характерную вторичную структуру, называемую клеверным листом.

  Трехмерная  же модель тРНК выглядит несколько  иначе. В тРНК выделяют четыре  петли: акцепторную (служит местом  присоединения аминокислоты), антикодоновую (узнает ко-дон в мРНК в процессе трансляции;), две боковые. 

   Вопрос 6. Сформулируйте основные положения атомно- молекулярной теории. 

   Ответ: В 1860 г. в Карслуэ( Германия) состоялся Первый международный конгресс, на котором после долгих дискуссий были сформулированы основные положения атомно- молекулярной теории:

1. Все веществ состоят из молекул. Молекула — это наименьшая частица вещества, сохраняющая свойства тогo вещества. Молекулы разрушаются при химических реакциях.
2. Между молекулами имеются промежутки: у газов - самые большие, у твердых веществ — самые маленькие.
3. Молекулы двигаются беспорядочно и непрерывно.
4. Молекулы одного вещества имеют одинаковый состав и свойства, молекулы разных веществ отличаются друг от. друга по составу и свойствам.
5. Молекулы состоят из атомов. Атом - это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и электронов.
6. Химический элемент - вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.
7. Атомы одного элемента образуют молекулы простого вещества (0₂, Н₂, О₃, Fe...). Атомы разных элементов образуют молекулы сложного вещества (Н₂0, Na₂S0₄, FeClg...).

   Атомно- молекулярная теория позволила  объяснить основные понятия и  законы химии. 

   Вопрос 7. Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

   Ответ: На скорость химической реакции влияют следующие факторы:

   1) природа реагентов;

   Скорость химической реакции зависит от природы реагентов. Здесь большую роль играет характер химических связей в соединениях, строение их молекул. Например,

2HCl + Zn →  ZnCl₂ + H₂↑                                         быстро

2CH₃COOH + Zn → Zn(CH₃COO)₂ + H₂↑               медленно 

   2) концентрация реагентов;

  Чтобы произошло взаимодействие, частицы реагирующих веществ в гомогенной системе должны столкнуться. Число столкновений пропорционально числу частиц реагирующих веществ в объеме реактора, т.е. их молярным концентрациям. Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов (закон действующих масс для скорости химической реакции).

 или ,

где [А], [В], [D], [E] – концентрации вещества, моль/л; 
k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.

   Константа скорости k зависит от природы реагирующих веществ, температуры, присутствия катализатора, но не зависит от концентрации реагирующих веществ. Константа скорости численно равна скорости реакции, когда концентрации каждого из реагирующих веществ составляют 1 моль/л. 

   3) температура реакции;

   Правило Вант-Гоффа. При повышении  температуры скорость большинства  химических реакций существенно  увеличивается, причем для реакций  в гомогенных системах при  нагревании на каждые 10° скорость  реакции возрастает в 2–4 раза.

,

где V(t₁) и V(t₂) – скорости реакции соответственно при начальной и конечной температурах; 
α – температурный коэффициент скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции при увеличении температуры на 10°. 

   4) поверхность соприкосновения реагентов;

   Чем больше поверхность соприкосновения реагирующих веществ, тем быстрее протекает реакция. 

5) присутствие катализаторов.

   Катализаторы – вещества, увеличивающие  скорость реакции, но не входящие  в состав конечных продуктов.  Увеличение скорости реакции  под действием катализатора называется катализом. Во многих случаях катализаторы образуют с одним из реагирующих веществ промежуточное соединение, которое реагирует с другим исходным веществом, образуя продукт и высвобождая катализатор. Иногда употребляют отрицательные катализаторы – ингибиторы, которые замедляют нежелательные химические реакции. 

   Вопрос 8. Охарактеризуйте основные структурные элементы эукариотической клетки. 

   Ответ: К структурным компонентам эукариотической клетки относятся ядро, плазмалемма и цитоплазма.

   Ядро клетки – это место хранения, воспроизведения и начальной реализации  наследственной информации в эукариотической клетке.

Ядро  эукариотической клетки может иметь  различную форму: округлую, эллипсоидальную, продолговатую (палочковидную, нитевидную), сегментированную. Как правило, в клетке имеется одно ядро. Однако известны многоядерные клетки: например, инфузории-туфельки имеют два ядра (макро- и микронуклеус), а в клетках других низших эукариот может содержаться несколько десятков и сотен ядер.

   Ядро состоит из ядерной оболочки, ядерного матрикса, хромосом (хроматина) и ядрышка.

   Плазматическая мембрана, или плазмалемма – это биологическая мембрана, покрывающая всю клетку.

   Согласно жидкостно-мозаичной модели, основу всех биологических мембран составляет фосфолипидный бислой толщиной 7...10 нм, основным компонентом которого являются фосфодиацилглицерины. Кроме того, у животных в состав мембран входят сфингомиелины и холестерин.

   Биологические мембраны характеризуются высокой устойчивостью и, в то же время, пластичностью. Отдельные блоки мембраны способны перемещаться относительно друг друга. При повреждениях мембраны она способна к самовосстановлению.

   Основным свойством биологических мембран является их избирательная проницаемость. Благодаря избирательной проницаемости плазмалемма может выполнять различные функции:

1. Барьерная  функция. Плазмалемма отграничивает  содержимое клетки от окружающей  среды.

2. Транспортная  функция. Плазмалемма обеспечивает  транспорт веществ из клетки  и в клетку.

3. Энерготрансформирующая функция. Плазмалемма обеспечивает превращение одной формы энергии в другую.

4. Информационно-сигнальная  функция. Плазмалемма обеспечивает  информационный обмен клетки  с внешней средой.

   Цитоплазма – это часть живой клетки (протопласта) без плазматической мембраны и ядра. В состав цитоплазмы входят: цитоплазматический матрикс, цитоскелет, органоиды и включения (иногда включения и содержимое вакуолей к живому веществу цитоплазмы не относят).

Специализированная  периферическая часть цитоплазмы в  животных клетках называется эктоплазма. Здесь практически отсутствуют органоиды. В эктоплазме сосредоточены ферментные системы трансмембранного транспорта, гликолиза; эта часть цитоплазмы обладает повышенной вязкостью. Глубокие слои животной клетки называются эндоплазма. Здесь находится ядро и большинство органоидов клетки; эта часть цитоплазмы обладает пониженной вязкостью.  

   Вопрос 9. Опишите процессы сопровождающие старение и гибель клетки. В чем состоят различия «растущих» и «обновляющихся» клеточных комплексов? 

   Ответ: Совокупность процессов, протекающих в клетке от момента ее появления до гибели или деления, включая само деление, называется жизненным циклом клетки.