orgaanista ainesta luonnossa
Orgaaninen aines on kaiken elävän perusta. Kasvit ja eläimet, mikro-organismit ja virukset - kaikki elävät olennot koostuvat valtavasta määrästä erilaisia orgaanisia aineita ja suhteellisen pienestä määrästä epäorgaanisia aineita. Juuri hiiliyhdisteet, niiden suuren monimuotoisuuden ja kykynsä läpikäydä lukuisia kemiallisia muutoksia, olivat perusta, jolle elämä syntyi kaikissa ilmenemismuodoissaan. "Elämän" käsitteeseen sisältyvien ominaisuuksien kantajat ovat monimutkaisia orgaanisia aineita, joiden molekyylit sisältävät useiden tuhansien atomien ketjuja - biopolymeerit.
Ensinnäkin tämä proteiinit - elämän kantajat, elävän solun perusta. Monimutkaiset orgaaniset polymeerit - proteiinit koostuvat pääasiassa hiilestä, vedystä, hapesta, typestä ja rikistä. Niiden molekyylit muodostuvat yhdistämällä hyvin suuri määrä yksinkertaisia molekyylejä - ns aminohappoja(katso Art. "Elämän kemia").
Siellä on paljon erilaisia proteiineja. On olemassa tukiproteiineja tai rakenneproteiineja. Tällaiset proteiinit ovat osa luita, muodostavat rustoa, ihoa, karvoja, sarvia, kavioita, höyheniä, kalan suomuja. Rakenteelliset proteiinit sisältyvät lihasten koostumukseen yhdessä supistumistoimintoja suorittavien proteiinien kanssa. Lihasten supistuminen (tällaisten proteiinien tärkein rooli) on osan tällaisten proteiinien kemiallisesta energiasta muuntaminen mekaaniseksi työksi. Hyvin suuri joukko proteiineja säätelee kemiallisia reaktioita organismeissa. Tämä entsyymejä(biologiset katalyytit). Tällä hetkellä niitä on yli tuhat. Pitkälle kehittyneet organismit pystyvät myös tuottamaan suojaavia proteiineja - ns. vasta-aineita, jotka pystyvät saostumaan tai sitoutumaan ja siten neutraloimaan ulkopuolelta kehoon päässeet vieraat aineet ja kappaleet.
Proteiinien ohella elämän tärkeimmät toiminnot ovat nukleiinihapot. Elävässä organismissa on aina aineenvaihdunta. Lähes kaikkien sen solujen koostumusta päivitetään jatkuvasti. Myös soluproteiinit päivitetään. Mutta loppujen lopuksi jokaiselle elimelle, jokaiselle kudokselle on tarpeen tehdä oma erityinen proteiini, jolla on oma ainutlaatuinen aminohappojärjestys ketjussa. Tämän järjestyksen suojelijat ovat nukleiinihapot. Nukleiinihapot ovat eräänlainen malli, jonka avulla organismit rakentavat proteiinejaan. Usein kuvainnollisesti sanotaan, että ne sisältävät koodin proteiinisynteesiä varten. Jokaisella proteiinilla on oma koodinsa, oma mallinsa. Nukleiinihapoilla on toinen tehtävä. Ne ovat myös templaatteja itse nukleiinihapoille. Tämä on eräänlainen "muistilaite", jonka avulla jokainen elävä olentolaji välittää sukupolvelta toiselle koodit proteiiniensa rakentamiseksi (katso artikkeli "Elämän kemia").
Villieläinten tukitoimintoja eivät suorita vain proteiinit. Kasveissa esimerkiksi tuki-, luusto-aineet - selluloosa ja ligniini. Nämä ovat myös polymeerisiä aineita, mutta täysin eri tyyppisiä. Selluloosaatomien pitkiä ketjuja rakennetaan sokeriryhmään kuuluvista glukoosimolekyyleistä. Siksi selluloosa luokitellaan polysakkaridiksi. Ligniinin rakennetta ei ole vielä lopullisesti selvitetty. Tämä on myös polymeeri, jossa on ilmeisesti verkkomolekyylejä. Ja hyönteisissä kitiini, myös polysakkaridi, suorittaa tukitoimintoja.
On olemassa suuri joukko aineita (rasvoja, sokereita tai hiilihydraatteja), jotka kuljettavat ja varastoivat kemiallista energiaa. Ne (yhdessä elintarvikeproteiinien kanssa) ovat uusien solujen muodostumiseen välttämätön vararakennusmateriaali (katso Art. "Food Chemistry"). Monet elävien organismien orgaaniset aineet (vitamiinit, hormonit) toimivat elämän säätelijöinä. Jotkut säätelevät hengitystä tai ruoansulatusta, toiset - solujen kasvua ja jakautumista, toiset - hermoston toimintaa jne. Elävät organismit sisältävät lukuisia aineita monenlaisiin tarkoituksiin: värjäykseen, jolle kukkamaailma on kauneutensa velkaa, tuoksuva - houkutteleva tai karkottava, suojaava ulkoisilta vihollisilta ja monet muut. Kasvit ja eläimet, jopa jokainen yksittäinen solu, ovat pieniä mutta hyvin monimutkaisia laboratorioita, joissa syntyy, muuttuu ja hajoaa tuhansia orgaanisia aineita. Näissä laboratorioissa tapahtuu lukuisia ja erilaisia kemiallisia reaktioita tiukasti määritellyssä järjestyksessä. Monimutkaisimmat rakenteet syntyvät, kasvavat ja sitten hajoavat...
Orgaanisten aineiden maailma ympäröi meitä, me itse koostumme niistä, ja kaikki elävä luonto, jonka joukossa elämme ja jota jatkuvasti käytämme, koostuu orgaanisista aineista.
Luonnollisen polymeerin rakenne - silkkifibroiiniproteiini. Yksittäiset polymeeriketjut on yhdistetty toisiinsa vetysidoksilla (katkoviiva).
Virukset - olento vai aine?
Viimeisten 100 vuoden aikana tutkijat ovat toistuvasti muuttaneet ymmärrystään virusten luonteesta, mikroskooppisista sairauksien kantajista.
Aluksi viruksia pidettiin myrkyllisinä aineina, sitten - yhtenä elämänmuodoista, sitten - biokemiallisista yhdisteistä. Nykyään oletetaan, että ne ovat elävän ja ei-elävän maailman välillä ja ovat evoluution pääasiallisia osallistujia.
1800-luvun lopulla havaittiin, että tietyt sairaudet, kuten raivotauti ja suu- ja sorkkatauti, aiheuttavat hiukkasia, jotka näyttävät bakteereilta, mutta paljon pienempiä. Koska ne olivat luonteeltaan biologisia ja tarttuivat uhrilta toiselle aiheuttaen samoja oireita, viruksia alettiin pitää pienimpinä elävinä organismeina, jotka kantavat geneettistä tietoa.
Virusten väheneminen elottomien kemiallisten kokonaisuuksien tasolle tapahtui vuoden 1935 jälkeen, kun Wendell Stanley kiteytti ensimmäisen kerran tupakan mosaiikkiviruksen. Todettiin, että kiteet koostuvat monimutkaisista biokemiallisista komponenteista ja niillä ei ole biologisille järjestelmille tarpeellista ominaisuutta - metabolista aktiivisuutta. Vuonna 1946 tiedemies sai Nobel-palkinnon tästä työstä kemiassa, ei fysiologiassa tai lääketieteessä.
Stanleyn lisätutkimukset osoittivat selvästi, että mikä tahansa virus koostuu nukleiinihaposta (DNA tai RNA), joka on pakattu proteiinikuoreen. Suojaproteiinien lisäksi joissakin niistä on spesifisiä virusproteiineja, jotka osallistuvat soluinfektioon. Jos arvioimme viruksia vain tämän kuvauksen perusteella, ne näyttävät todella enemmän kemiallisilta aineilta kuin elävältä organismilta. Mutta kun virus tulee soluun (jonka jälkeen sitä kutsutaan isäntäsoluksi), kuva muuttuu. Se irrottaa proteiinikuoren ja alistaa koko solulaitteiston pakottaen sen syntetisoimaan virus-DNA:ta tai RNA:ta ja virusproteiineja sen genomiin tallennettujen ohjeiden mukaisesti e. Sitten virus kokoontuu itsestään näistä komponenteista ja ilmaantuu uusi viruspartikkeli, joka on valmis infektoimaan muita soluja.
Tämä järjestelmä on pakottanut monet tiedemiehet tarkastelemaan viruksia uudella tavalla. Niitä alettiin pitää esineinä, jotka sijaitsevat elävän ja elottomien maailmojen rajalla. Virologien Mark van Regenmortel (M.H.V. van Regenmortel) Strasbourgin yliopistosta Ranskasta ja Brian Mahy (B.W. Mahy) Centers for Disease Prevention and Control -järjestöstä mukaan tätä olemassaolotapaa voidaan kutsua "elämäksi lainaksi". Mielenkiintoinen tosiasia on, että vaikka biologit pitivät virusta pitkään "proteiinilaatikkona", joka oli täynnä kemiallisia yksityiskohtia, he käyttivät sen kykyä replikoitua isäntäsolussa tutkiakseen proteiinien koodausmekanismia. Nykyaikainen molekyylibiologia on suurelta osin velkaa menestyksestään virustutkimuksesta saadulle tiedolle.
Tutkijat ovat kiteyttäneet suurimman osan solukomponenteista (ribosomit, mitokondriot, kalvorakenteet, DNA, proteiinit) ja pitävät niitä nykyään joko "kemiallisina koneina" tai materiaalina, jota nämä koneet käyttävät tai tuottavat. Tällainen näkemys monimutkaisista kemiallisista rakenteista, jotka varmistavat solun elintärkeän toiminnan, on aiheuttanut molekyylibiologit vähän huolta virusten tilasta. Tutkijat olivat kiinnostuneita heistä vain aineina, jotka pystyivät käyttämään soluja omiin tarkoituksiinsa tai toimimaan tartuntalähteenä. Monimutkaisempi ongelma virusten vaikutuksesta evoluutioon on edelleen merkityksetön useimmille tutkijoille.
Ollakko vai eikö olla?
Mitä sana "elä" tarkoittaa? Useimmat tiedemiehet ovat yhtä mieltä siitä, että elävillä organismeilla tulee olla lisääntymiskyvyn lisäksi myös muita ominaisuuksia. Esimerkiksi minkä tahansa olennon elämä on aina ajallisesti rajoitettu - se syntyy ja kuolee. Lisäksi elävillä organismeilla on tietty autonomia biokemiallisessa mielessä, ts. luottavat jossain määrin omiin aineenvaihduntaprosesseihinsa tarjotakseen heille niitä ylläpitäviä aineita ja energiaa.
Kivi, samoin kuin nestepisara, jossa aineenvaihduntaprosesseja tapahtuu, mutta joka ei sisällä geneettistä materiaalia eikä kykene lisääntymään itsestään, on epäilemättä eloton esine. Bakteeri taas on elävä organismi, ja vaikka se koostuu vain yhdestä solusta, se voi tuottaa energiaa ja syntetisoida aineita, jotka varmistavat sen olemassaolon ja lisääntymisen. Mitä tässä yhteydessä voidaan sanoa siemenestä? Kaikki siemenet eivät näytä elonmerkkejä. Lepotilassa se kuitenkin sisältää potentiaalin, jonka se sai epäilemättä elävästä aineesta ja joka tietyissä olosuhteissa voidaan toteuttaa. Samalla siemen voi tuhoutua peruuttamattomasti, jolloin potentiaali jää toteutumatta. Tässä suhteessa virus on enemmän kuin siemen kuin elävä solu: sillä on joitain mahdollisuuksia, jotka eivät ehkä toteudu, mutta itsenäiseen olemassaoloon ei ole kykyä.
Elävää voidaan myös pitää tilana, johon tietyissä olosuhteissa siirtyy elottomista komponenteista koostuva järjestelmä, jolla on tietyt ominaisuudet. Elämä ja tietoisuus voidaan mainita esimerkkinä tällaisista monimutkaisista (syntyvistä) järjestelmistä. Sopivan tilan saavuttamiseksi heillä on oltava tietty vaikeustaso. Siten neuronilla (itsensä tai edes osana hermoverkkoa) ei ole tajuntaa, tämä vaatii aivot. Mutta ehjät aivot voivat olla biologisesti elossa eivätkä samalla tarjoa tietoisuutta. Samoin solu- tai virusgeenit tai proteiinit eivät itsessään toimi elävänä aineena, ja solu, josta puuttuu tuma, on samanlainen kuin meistetty ihminen, koska sillä ei ole kriittistä monimutkaisuutta. Virus ei myöskään pysty saavuttamaan tätä tasoa. Joten elämä voidaan määritellä jonkinlaiseksi monimutkaiseksi ilmaantuvaksi tilaksi, joka sisältää samat perus "rakennuspalikat" kuin viruksellakin. Jos noudatamme tätä logiikkaa, virukset, vaikka ne eivät olekaan eläviä esineitä sanan varsinaisessa merkityksessä, ei silti voida luokitella inertiksi järjestelmäksi: ne ovat elävien ja elottomien rajalla.
| VIRUKSEN TOISTUMINEN |
Virukset ja evoluutio
Viruksilla on oma, hyvin pitkä evoluutiohistoriansa, joka juontaa juurensa yksisoluisten organismien alkuperään. Täten jotkin viruskorjausjärjestelmät, jotka varmistavat väärien emästen poistamisen DNA:sta ja happiradikaalien jne. vaikutuksesta aiheutuvien vaurioiden eliminoimisen, ovat olemassa vain yksittäisissä viruksissa ja ovat muuttumattomina miljardeja vuosia.
Tutkijat eivät kiellä, että viruksilla oli jokin rooli evoluutiossa. Mutta pitäessään niitä elottomina aineina, he asettivat ne sellaisiin tekijöihin kuin ilmasto-olosuhteet. Tällainen tekijä vaikutti organismeihin, joilla oli ulkopuolelta muuttuvia, geneettisesti määrättyjä piirteitä. Tälle vaikutukselle vastustuskykyisemmät organismit selvisivät onnistuneesti, lisääntyivät ja välittivät geeninsä seuraaville sukupolville.
Todellisuudessa virukset eivät kuitenkaan vaikuttaneet elävien organismien geneettiseen materiaaliin epäsuorasti, vaan suorimmin - ne vaihtoivat DNA:taan ja RNA:taan sen kanssa, ts. olivat biologisia pelaajia. Suuri yllätys lääkäreille ja evoluutiobiologeille oli se, että useimmat virukset osoittautuivat melko harmittomiksi olentoiksi, joihin ei liittynyt mitään sairauksia. Ne nukahtavat hiljaa isäntäsolujen sisällä tai käyttävät laitteitaan kiireettömään lisääntymiseen ilman soluvaurioita. Tällaisilla viruksilla on paljon temppuja, joiden avulla ne voivat välttää solun immuunijärjestelmän tarkkaavaisen silmän - jokaista immuunivasteen vaihetta varten niillä on geeni, joka ohjaa tai muokkaa tätä vaihetta heidän edukseen.
Lisäksi solun ja viruksen yhteiseloprosessissa virusgenomi (DNA tai RNA) "kolonisoi" isäntäsolun genomin ja toimittaa sille yhä enemmän uusia geenejä, joista tulee lopulta olennainen osa tietyn organismilajin genomia. Virukset vaikuttavat eläviin organismeihin nopeammin ja suoremmin kuin ulkoiset tekijät, jotka valitsevat geneettisiä muunnelmia. Suuret viruspopulaatiot yhdessä niiden korkean replikaationopeuden ja mutaationopeuden kanssa tekevät niistä tärkeän geneettisen innovaation lähteen, joka luo jatkuvasti uusia geenejä. Mikä tahansa ainutlaatuinen virusperäinen geeni, joka kulkee, siirtyy organismista toiseen ja osallistuu evoluutioprosessiin.
Solu, jonka tuman DNA on tuhoutunut, on todellinen "kuollut mies": siitä on riistetty geneettistä materiaalia toimintaohjeineen. Mutta virus voi käyttää jäljellä olevia ehjiä solukomponentteja ja sytoplasmaa replikoitumiseen. Hän alistaa solulaitteiston ja pakottaa sen käyttämään virusgeenejä ohjeiden lähteenä virusproteiinien synteesiin ja virusgenomin replikaatioon. Virusten ainutlaatuinen kyky kehittyä kuolleissa soluissa on selkein, kun isännät ovat yksisoluisia organismeja, jotka elävät pääasiassa valtamerissä. (Valtaosa viruksista elää maalla. Asiantuntijoiden mukaan valtamerissä ei ole enempää kuin 1030 viruspartikkelia.)
Bakteerit, fotosynteettiset syanobakteerit ja levät, potentiaaliset merivirusten isännät, kuolevat usein ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta, mikä tuhoaa niiden DNA:n. Samaan aikaan jotkut virukset (eliöiden "vieraat") sisältävät mekanismin entsyymien synteesiä varten, jotka palauttavat isäntäsolun vaurioituneita molekyylejä ja tuovat sen takaisin elämään. Esimerkiksi syanobakteerit sisältävät entsyymiä, joka osallistuu fotosynteesiin, ja ylimääräisen valon vaikutuksesta joskus tuhoutuu, mikä johtaa solukuolemaan. Ja sitten virukset, joita kutsutaan syanofageiksi, "käynnistävät" bakteerien fotosynteettisen entsyymin analogin synteesin, joka kestää paremmin UV-säteilyä. Jos tällainen virus tartuttaa juuri kuolleen solun, fotosynteettinen entsyymi voi herättää sen eloon. Siten viruksella on "geeniresuscitator" rooli.
Liialliset UV-säteilyannokset voivat myös johtaa syanofaagien kuolemaan, mutta joskus ne onnistuvat palautumaan henkiin moninkertaisen korjauksen avulla. Yleensä kussakin isäntäsolussa on useita viruksia, ja jos ne ovat vaurioituneet, ne voivat koota viruksen genomin pala palalta. A genomin eri osat voivat toimia yksittäisten geenien toimittajina, jotka yhdessä muiden geenien kanssa palauttavat genomin toiminnot täysimääräisesti ilman kokonaista virusta. Virukset ovat ainoita elävistä organismeista, jotka voivat, kuten Phoenix-lintu, syntyä uudelleen tuhkasta.
International Human Genome Sequencing Consortiumin mukaan 113–223 bakteereista ja ihmisistä löydettyä geeniä puuttuu hyvin tutkituista organismeista, kuten hiivasta Sacharomyces cerevisiae, hedelmäkärpäsestä Drosophila melanogaster ja pyörömato Caenorhabditis elegans, jotka kuuluvat kahden elävän äärilinjan väliin. Jotkut tutkijat uskovat, että hiiva, hedelmäkärpäs ja sukkulamato, jotka ilmestyivät bakteerien jälkeen, mutta ennen selkärankaisia, yksinkertaisesti menettivät vastaavat geenit jossain vaiheessa evoluution kehitystään. Toiset uskovat, että geenit siirtyivät ihmiseen hänen kehoonsa joutuneiden bakteerien kautta.
Yhdessä Oregonin kansanterveysyliopiston rokotteiden ja geeniterapian instituutin kollegoiden kanssa oletamme, että oli olemassa kolmas reitti: geenit olivat alun perin virusperäisiä, mutta sitten kolonisoivat kahden eri organismilinjan edustajat, kuten bakteerit ja selkärankaiset. Geeni, jonka bakteeri antoi ihmiskunnalle, voidaan siirtää kahteen viruksen mainitsemaan linjaan.
Lisäksi olemme varmoja, että itse solun ydin on virusperäinen. Ytimen ulkonäköä (rakenne, joka löytyy vain eukaryooteista, mukaan lukien ihmiset, ja joka puuttuu prokaryooteista, kuten bakteereista) ei voida selittää prokaryoottisten organismien asteittaisella sopeutumisella muuttuviin olosuhteisiin. Se olisi voitu muodostaa jo olemassa olevan suurimolekyylisen virus-DNA:n perusteella, joka rakensi itselleen pysyvän "kodin" prokaryoottisolun sisään. Tämän vahvistaa se tosiasia, että T4-faagin DNA-polymeraasigeeni (DNA-replikaatioon osallistuva entsyymi) (faageja kutsutaan viruksiksi, jotka infektoivat bakteereja) on nukleotidisekvenssiltään lähellä sekä eukaryoottien että niitä infektoivien virusten DNA-polymeraasigeenejä. Lisäksi Patrick Forterre Etelä-Pariisin yliopistosta, joka tutki DNA:n replikaatioon osallistuvia entsyymejä, tuli siihen tulokseen, että geenit, jotka määräävät niiden synteesin eukaryooteissa, ovat virusperäisiä.
 |
| bluetongue virus |
Virukset vaikuttavat ehdottomasti kaikkiin elämän muotoihin maapallolla ja määräävät usein niiden kohtalon. Samalla ne myös kehittyvät. Uusien virusten ilmaantuminen, kuten AIDSia aiheuttava HIV-virus, on suora todiste.
Virukset muuttavat jatkuvasti rajoja biologisen ja biokemiallisen maailman välillä. Mitä pidemmälle edistymme eri organismien genomien tutkimuksessa, sitä enemmän löydämme todisteita geenien läsnäolosta niissä dynaamisesta, hyvin vanhasta poolista. Nobel-palkittu Salvador Luria sanoi vuonna 1969 näin virusten vaikutuksesta evoluutioon: "Ehkä virukset, joilla oli kyky sisällyttää solun genomiin ja poistua siitä, olivat aktiivisia osallistujia kaikkien elävien olentojen geneettisen materiaalin optimointiprosessissa evoluution aikana. Emme vain huomanneet sitä." Riippumatta siitä, mihin maailmaan - elävään vai elottomaan - virukset laskemme, on tullut aika tarkastella niitä ei erillään, vaan ottamalla huomioon jatkuva yhteys eläviin organismeihin.
KIRJAILIJASTA:
Luis Villareal(Luis P. Villarreal) - Irvinen Kalifornian yliopiston virustutkimuskeskuksen johtaja. Hän valmistui biologian tohtoriksi Kalifornian yliopistosta San Diegosta ja työskenteli sitten Stanfordin yliopistossa Nobel-palkitun Paul Bergin laboratoriossa. Hän osallistuu aktiivisesti opettamiseen ja osallistuu tällä hetkellä bioterrorismin uhan torjuntaohjelmien kehittämiseen.
Virukset eroavat elottomasta aineesta kahdella ominaisuudella: kyky toistaa samanlaisia muotoja (lisätä) ja perinnöllisyys ja vaihtelevuus.
Virukset ovat hyvin yksinkertaisia. Jokainen viruspartikkeli koostuu RNA:sta tai DNA:sta, joka on suljettu proteiinikuoreen, jota kutsutaan nimellä kapsidi (kuvio 16).
2. Virusten elintärkeä aktiivisuus.
Tunkeutuessaan soluun virus muuttaa aineenvaihduntaaan ja ohjaa kaikki toimintansa viruksen nukleiinihapon ja virusproteiinien tuotantoon. Solun sisällä tapahtuu viruspartikkelien itsensä kokoamista syntetisoiduista nukleiinihappomolekyyleistä ja proteiineista. Kuoleman hetkeen asti valtava määrä viruspartikkeleita on aikaa syntetisoitua solussa. Lopulta solu kuolee, sen kuori räjähtää ja virukset poistuvat isäntäsolusta (kuvio 17).
Elävien organismien soluihin asettuessaan virukset aiheuttavat monia vaarallisia sairauksia: ihmisillä - influenssa, isorokko, tuhkarokko, polio, sikotauti, rabies, AIDS ja monet muut; kasveissa - tupakan, tomaattien, kurkkujen, lehtien käpristymisen, kääpiön jne. mosaiikkitauti; eläimillä - suu- ja sorkkatauti, sikarutto, sikarutto, hevosten tarttuva anemia jne.
Testin kysymyksiä osiossa "Villieläinten molekyylitaso"
Jokaiselle vaihtoehdolle esitetään 10 kysymystä.
Jokaiseen kysymykseen on vastattava yhdellä kokonaisella virkkeellä.
- Mitä alkuaineita hiilihydraateissa on? Kirjoita ylös hiilihydraattien yleinen kaava.
- Mitkä hiilihydraatit ovat osa nukleiinihappoja (DNA ja RNA)?
- Kirjoita muistiin tärkeimpien disakkaridien nimet.
- Kirjoita muistiin tärkeimpien polysakkaridien nimet.
- Mitä polysakkarideja löytyy kasvi- ja sienisolujen soluseinistä?
- Mitä hiilihydraatteja varastoituu kasvi- ja eläinsoluihin vara-aineina?
- Kirjoita ylös aminohapon yleinen kaava.
- Mitkä ovat proteiinien primaari- ja sekundaarirakenteet?
- Mitkä ovat proteiinien tertiääriset ja kvaternaariset rakenteet?
- Mitä on denaturaatio?
- Mitkä molekyylit ovat biopolymeerejä?
- Mitä ovat entsyymit?
- Mikä on sen entsyymin alueen nimi, joka on vuorovaikutuksessa substraattimolekyylin kanssa?
- Missä DNA-molekyylit sijaitsevat solussa?
- Mitkä ovat typpipitoiset emäkset DNA-nukleotideissa? RNA?
- Kuinka monta vetysidosta muodostuu komplementaaristen typpipitoisten emästen välille DNA:ssa?
- Mitkä ovat DNA:n ja RNA:n tehtävät solussa?
- Mitkä hiilihydraatit ovat osa DNA:n nukleotideja? RNA?
- Millä muilla orgaanisilla molekyyleillä kuin proteiineja on katalyyttistä aktiivisuutta?
- Millaisia RNA-tyyppejä solusta löytyy?
- Missä RNA-molekyylit sijaitsevat solussa?
- Mitkä molekyylit muodostavat rasvoja?
- Kuinka paljon energiaa vapautuu rasvan hapettuessa verrattuna hiilihydraatteihin?
- Mitkä molekyylit ovat geneettisen tiedon säilyttäjiä?
- Mitkä molekyylit ovat solun päärakennusmateriaali? Ensisijainen ja toissijainen energianlähde?
- Mitä hiilihydraatteja ja mikä typpipitoinen emäs sisältää ATP:ssä?
- Kuinka paljon energiaa vapautuu, kun ATP hajoaa AMP- ja 2H-molekyyleiksi 3 RO 4 ?
- Miksi elimistö tarvitsee vitamiineja normaaliin aineenvaihduntaan?
- Mitä nukleiinihappoja löytyy viruksista?
- Listaa 5 virusten aiheuttamaa ihmisen sairautta.
Muistaa!
Miten virukset eroavat kaikista muista elävistä olennoista?
Miksi virusten olemassaolo ei ole ristiriidassa soluteorian perusperiaatteiden kanssa?
Koostuu orgaanisista aineista, kuten soluista (proteiinit, nukleiinihapot)
Lisääntyy solujen avulla
Mitä tiedät virustaudeista?
Influenssa, HIV, raivotauti, vihurirokko, isorokko, herpes, hepatiitti, tuhkarokko, papillooma, polio.
Tarkista kysymyksiä ja tehtäviä
1. Miten virukset järjestetään?
Viruksilla on hyvin yksinkertainen rakenne. Jokainen virus koostuu nukleiinihaposta (tai DNA:sta tai RNA:sta) ja proteiinista. Nukleiinihappo on viruksen geneettinen materiaali. Sitä ympäröi suojaava proteiinikuori, jota kutsutaan kapsidiksi. Kapsidi voi sisältää myös omia virusentsyymejä. Joillakin viruksilla, kuten influenssaviruksella ja HIV:llä, on ylimääräinen vaippa, joka muodostuu isäntäsolun solukalvosta. Viruksen kapsidilla, joka koostuu monista proteiinimolekyyleistä, on korkea symmetriaaste, tavallisesti kierteinen tai monitahoinen. Tämä rakenteellinen ominaisuus sallii viruksen yksittäisten proteiinien yhdistymisen täydelliseksi viruspartikkeliksi itsekokoamalla.
2. Mikä on viruksen ja solun välisen vuorovaikutuksen periaate?
3. Kuvaile viruksen soluun tunkeutumisprosessia.
"Paljat" virukset tulevat soluun endosytoosin kautta - upottamalla solukalvon osa niiden adsorptiokohtaan. Muuten tämä prosessi tunnetaan nimellä viropexis [virus + kreikka. pexis, liite]. "Puotetut" virukset tulevat soluun fuusioimalla superkapsidi solukalvon kanssa spesifisten F-proteiinien (fuusioproteiinien) osallistuessa. Happamat pH-arvot edistävät viruksen vaipan ja solukalvon fuusiota. Kun paljaat virukset tulevat soluun, muodostuu vakuoleja (endosomeja). Sen jälkeen, kun "pukeutunut" virus on tunkeutunut sytoplasmaan, virionit ovat osittain proteiinittomat ja niiden nukleoproteiini modifioituu (riisuminen). Modifioidut hiukkaset menettävät tartuntakykynsä, joissain tapauksissa herkkyys RNaasille, vasta-aineiden neutraloiva vaikutus (AT) ja muut yksittäisille virusryhmille spesifiset merkit muuttuvat.
4. Mikä on virusten vaikutus soluun?
Ajatella! Muistaa!
1. Selitä, miksi virus voi osoittaa elävän organismin ominaisuuksia vain tunkeutumalla elävään soluun.
Virus on ei-soluinen elämänmuoto, siinä ei ole soluissa tiettyjä toimintoja suorittavia organelleja, aineenvaihduntaa ei ole, virukset eivät ruoki, eivät lisäänty itsestään eivätkä syntetisoi mitään aineita. Niillä on vain perinnöllisyys yksittäisen nukleiinihappo-DNA:n tai RNA:n sekä proteiinikapsidin muodossa. Siksi vain isäntäsolussa, kun virus insertoi DNA:nsa (jos se on retrovirus, tapahtuu ensin käänteistranskriptio ja rakennetaan RNA-DNA:n mukaan) solun DNA:han, uusia viruksia voi muodostua. Solun replikaation ja nukleiinihappojen ja proteiinien jatkosynteesin aikana kaikki sen syöttämät viruksen tiedot toistuvat ja uusia viruspartikkeleita muodostuu.
2. Miksi virustaudit ovat luonteeltaan epidemioita? Kuvaa toimenpiteitä virusinfektioiden torjumiseksi.
Leviävät nopeasti ilmassa olevien pisaroiden välityksellä.
3. Ilmaise mielipiteesi virusten ilmestymisajasta maan päällä historiallisessa menneisyydessä, koska virukset voivat lisääntyä vain elävissä soluissa.
4. Selitä miksi XX vuosisadan puolivälissä. viruksista on tullut yksi kokeellisen geneettisen tutkimuksen pääkohteista.
Virukset lisääntyvät nopeasti, ne tarttuvat helposti, aiheuttavat epidemioita ja pandemioita ja voivat toimia mutageeninä ihmisille, eläimille ja kasveille.
5. Mitä vaikeuksia syntyy, kun yritetään luoda rokote HIV-infektiota vastaan?
Koska HIV tuhoaa ihmisen immuunijärjestelmän, ja rokote valmistetaan heikennetyistä tai tapetuista mikro-organismeista, niiden aineenvaihduntatuotteista tai niiden antigeeneistä, jotka on saatu geenitekniikalla tai kemiallisin keinoin. Immuunijärjestelmä ei kestä tätä toimintaa.
6. Selitä miksi virusten aiheuttamaa geneettisen materiaalin siirtoa organismista toiseen kutsutaan horisontaaliseksi siirroksi. Mitä sitten mielestäsi kutsutaan geenien siirtämiseksi vanhemmilta lapsille?
Horisontaalinen geeninsiirto (HGT) on prosessi, jossa organismi siirtää geneettistä materiaalia toiselle organismille, joka ei ole sen jälkeläinen. Pystysuora geeninsiirto on geneettisen tiedon siirtämistä solusta tai organismista sen jälkeläisille käyttämällä tavanomaisia geneettisiä mekanismeja.
7. Vuosien aikana vähintään seitsemän fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkintoa ja kolme kemian Nobel-palkintoa on myönnetty suoraan virustutkimukseen liittyvästä tutkimuksesta. Käytä lisäkirjallisuutta ja Internet-resursseja laatimaan raportti tai esitys virustutkimuksen nykyisestä edistymisestä.
Ihmiskunnan taistelu AIDS-epidemiaa vastaan jatkuu. Ja vaikka on liian aikaista tehdä johtopäätöksiä, tiettyjä, epäilemättä optimistisia suuntauksia voidaan edelleen jäljittää. Joten amerikkalaiset biologit onnistuivat kasvattamaan immuunisoluja, joissa ihmisen immuunikatovirus ei voi lisääntyä. Tämä saavutettiin uusimman tekniikan avulla, jonka avulla voidaan vaikuttaa solun perinnöllisen laitteen toimintaan. Coloradon yliopiston professori Ramesh Akkina ja hänen kollegansa ovat suunnitelleet erityisiä molekyylejä, jotka estävät yhden immuunikatoviruksen avaingeenin toiminnan. Sitten tutkijat tekivät keinotekoisen geenin, joka kykeni syntetisoimaan tällaisia molekyylejä, ja veivät sen kantajaviruksen avulla kantasolujen ytimiin, jotka myöhemmin synnyttävät immuunisoluja, jotka olivat jo suojattuja HIV-tartunnalta. Kuitenkin vain kliiniset tutkimukset osoittavat, kuinka tehokas tämä tekniikka on AIDSin torjunnassa.
Vielä 20 vuotta sitten tautia pidettiin parantumattomana. 1990-luvulla käytettiin vain lyhytikäisiä interferoni-alfa-valmisteita. Tämän hoidon tehokkuus oli erittäin alhainen. Kultaisen vuosikymmenen aikana kroonisen hepatiitti C:n hoidon "kultastandardi" on ollut yhdistetty antiviraalinen hoito pegyloidulla interferoni-alfalla ja ribaviriinilla, jonka tehokkuus viruksen eliminaatiossa eli hepatiitti C:n parantumisessa on yleisesti 60-70 %. Samaan aikaan potilailla, joilla on 2 ja 3 virusgenotyyppi, se on noin 90%. Samaan aikaan C-viruksen genotyypin infektoituneiden potilaiden paranemisaste oli viime aikoihin asti vain 40-50%.
1. Elämän toiminnan piirteet (mitat)
2. Viruksen rakenteen kaavio
3. Kaavio soluun tunkeutumisesta, lisääntyminen
4. Runoja ja arvoituksia viruksista
4. Arvoituksia ja runoja
näytän surulliselta,
Pää kipee aamulla
Aivastan, olen käheä.
Mitä on tapahtunut?
Se on... flunssa
Huono virus tämä flunssa
Nyt sattuu päähän
Lämpötila on noussut
Ja tarvitset juoman
Sairastuiko vauva tuhkarokkoon?
Se ei ole surua ollenkaan.
Lääkäri auttaa, pidä kiirettä
Paranna vauvamme
Aion ottaa rokotteen
Ylpeänä tulen lääkäriin
Anna ruisku ja injektio
Onko kaikki valmis? Menin
Tulevaisuuden ammattisi
1. Osoita, että perustiedot elävien olentojen organisoitumisen molekyyli- ja solutasolla tapahtuvista prosesseista ovat välttämättömiä paitsi biologeille, myös muiden luonnontieteiden asiantuntijoille.
Biofyysikot, biokemistit eivät tule toimeen ilman tällaista tietoa. Fysikaaliset ja kemialliset prosessit etenevät samojen lakien mukaan.
2. Mitkä ammatit nyky-yhteiskunnassa edellyttävät tietoa prokaryoottisten organismien rakenteesta ja elämän ominaisuuksista? Valmista lyhyt (enintään 7-10 lausetta) viesti ammatista, joka teki sinuun suurimman vaikutuksen. Perustele valintasi.
Systeemibiotekniikan asiantuntija. Erikoistunut eri toimialojen vanhentuneiden ratkaisujen korvaamiseen uusilla bioteknologian tuotteilla. Se auttaa esimerkiksi kuljetusyrityksiä siirtymään biopolttoaineisiin dieselin sijaan ja rakennusyrityksiä käyttämään uusia biomateriaaleja sementin ja betonin sijaan. Käytä bioteknologiaa nestemäisten väliaineiden puhdistamiseen.
3. ”Näitä asiantuntijoita tarvitaan eläinlääketieteen ja lääketieteen tutkimuslaitoksissa, akateemisissa laitoksissa ja bioteknologiaan liittyvissä yrityksissä. He eivät jää ilman työtä poliklinikan ja sairaaloiden laboratorioihin, agronomisille jalostusasemille, eläinlääkintälaboratorioihin ja sairaaloihin. Joskus he voivat tehdä luotettavimman ja tarkimman diagnoosin. Heidän tutkimuksensa ovat välttämättömiä syövän varhaisessa diagnosoinnissa." Arvaa minkä tyyppisistä ihmisistä nämä lauseet puhuvat. Todista väitteesi.
Varmaan genetiikka. Perintöaineksen parissa he voivat työskennellä millä tahansa eläviin organismeihin liittyvällä toimialalla, olipa kyseessä jalostus tai mikä tahansa lääketieteen tietämys.
Hiilihydraatit koostuvat...
hiiltä, vetyä ja happea
hiiltä, typpeä ja vetyä
hiiltä, happea ja typpeä
Hiilihydraatit, tai sakkarideja, - yksi orgaanisten yhdisteiden pääryhmistä. Ne ovat osa kaikkien elävien organismien soluja. Hiilihydraatit koostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta. Ne saivat nimensä, koska useimmissa niistä on sama vedyn ja hapen suhde molekyylissä kuin vesimolekyylissä.
Hiilihydraattien yleinen kaava: Cn (H 2 O)m. Esimerkkejä ovat glukoosi- C6H12O6 ja sakkaroosia- C12H22O11. Muita alkuaineita voidaan myös sisällyttää hiilihydraattijohdannaisten koostumukseen. Kaikki hiilihydraatit on jaettu yksinkertaisiin tai monosakkaridit, ja monimutkainen, tai polysakkarideja. Monosakkarideista riboosi, deoksiriboosi, glukoosi, fruktoosi ja galaktoosi ovat tärkeimpiä eläville organismeille.
Hiilihydraattien tehtävät: energia, rakentaminen, suojaaminen, varastointi.
Määritä ehdotetuista polysakkarideista.
tärkkelys, glykogeeni, kitiini...
glukoosi, fruktoosi, galaktoosi
riboosi, deoksiriboosi
Di- ja polysakkaridit muodostuvat yhdistämällä kaksi tai useampia monosakkaridia. Disakkaridit ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia kuin monosakkaridit. Molemmat ovat erittäin vesiliukoisia ja niillä on makea maku. Polysakkaridit koostuvat suuresta määrästä monosakkarideja, jotka on yhdistetty kovalenttisilla sidoksilla. Nämä sisältävät tärkkelys, glykogeeni, selluloosa, kitiini ja muut.
Proteiinin luonnollisen rakenteen rikkominen.
denaturaatio
renaturaatio
rappeutuminen
Proteiinin luonnollisen rakenteen rikkomista kutsutaan denaturaatio. Se voi tapahtua lämpötilan, kemikaalien, säteilyenergian ja muiden tekijöiden vaikutuksesta. Heikosta vaikutuksesta vain kvaternäärinen rakenne hajoaa, vahvemmalla tertiäärinen ja sitten sekundaarinen, ja proteiini jää polypeptidiketjun muotoon. Tämä prosessi on osittain palautuva: jos primäärirakenne ei tuhoudu, denaturoitunut proteiini pystyy palauttamaan rakenteensa. Siten kaikki proteiinimakromolekyylin rakenteelliset piirteet määräytyvät sen primäärirakenteen perusteella.
Toiminto, jonka ansiosta solun biokemialliset reaktiot kiihtyvät.
katalyyttinen
entsymaattinen
molemmat vastaukset ovat oikein
Supistuvien proteiinien toiminta.
moottori
kuljetus
suojaava
Kaikkien eukaryoottisolujen siima on noin 100 µm pitkä. Poikittaisleikkauksesta voidaan nähdä, että siimareunoilla on 9 paria mikrotubuluksia ja keskellä 2 mikrotubulusta. Kaikki mikrotubulusparit ovat yhteydessä toisiinsa. Tämän sitoutumisen suorittava proteiini muuttaa konformaatiotaan ATP-hydrolyysin aikana vapautuvan energian vuoksi. Tämä johtaa siihen, että mikrotubulusparit alkavat liikkua suhteessa toisiinsa, siima taipuu ja solu alkaa liikkua.
Proteiinien toiminta, jonka ansiosta hemoglobiini kuljettaa happea keuhkoista muiden kudosten ja elinten soluihin.
kuljetus
moottori
molemmat vastaukset ovat oikein
On tärkeää kuljetus proteiinin toiminta. Joten hemoglobiini kuljettaa happea keuhkoista muiden kudosten ja elinten soluihin. Lihaksissa tämän toiminnon suorittaa hemoglobiiniproteiini. Veren seerumiproteiinit (albumiini) edistävät lipidien ja rasvahappojen, erilaisten biologisesti aktiivisten aineiden siirtymistä. Kiinnittymällä happea hemoglobiini muuttuu sinertävästä helakanpunaiseksi. Siksi paljon happea sisältävä veri eroaa väriltään verestä, jossa on vähän happea. Solujen ulkokalvon kuljetusproteiinit kuljettavat erilaisia aineita ympäristöstä sytoplasmaan.
Proteiinin toiminta, joka ylläpitää jatkuvaa aineiden pitoisuutta veressä ja kehon soluissa. Osallistu kasvuun, lisääntymiseen ja muihin elintärkeisiin prosesseihin.
entsymaattinen
sääntelevä
kuljetus
DNA-molekyyli sisältää typpipitoisia emäksiä...
adeniini, guaniini, sytosiini, tymiini
adeniini, guaniini, leusiini, tymiini
ei oikeaa vastausta
DNA-molekyylissä on neljää tyyppiä typpipitoisia emäksiä: adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini. Ne määrittävät vastaavien nukleotidien nimet.
Määritä nukleotidin koostumus.
fosforihappojäännös, sytidiini, hiilihydraatti
typpipitoinen emäs, hiilihydraatti, DNA
typpipitoinen emäs, hiilihydraatti, fosforihappojäännös
Jokainen nukleotidi koostuu kolmesta komponentista, jotka on yhdistetty vahvoilla kemiallisilla sidoksilla. Nämä ovat typpipitoinen emäs, hiilihydraatti (riboosi tai deoksiriboosi) ja fosforihappojäännös.
Adeniinin ja tymiinin välisen sidoksen nimi kaksijuosteisen DNA-molekyylin muodostumisessa.
yksittäinen
kaksinkertainen
kolminkertaistaa
DNA-molekyyli on kaksinkertainen nukleotidirivi ommeltu pitkittäis- ja poikittaissuunnassa Hiilihydraatit, jotka on luotettavasti kytketty fosfaattiryhmillä kahdeksi ketjuksi, toimivat sen rakenteen kehyksenä. "Tikkaiden" ketjujen välissä on typpipitoisia emäksiä, joita heikot vetysidokset vetävät puoleensa (adeniini-tymiinin tapauksessa sidos kaksinkertainen).
Määritä adenosiinitrifosfaatin koostumus:
adeniini, urasiili, kaksi fosforihappotähdettä
adeniini, riboosi, kolme fosforihappotähdettä
Nukleiinihappo adenosiinitrifosfaatti(ATP) koostuu yhdestä nukleotidista ja sisältää kaksi makroergistä (energiarikasta) sidosta fosfaattiryhmien välillä. ATP on ehdottoman välttämätön jokaisessa solussa, koska se toimii biologisena varaajana - energian kantajana. Sitä tarvitaan kaikkialla, missä energiaa varastoidaan tai vapautuu ja käytetään, eli melkein missä tahansa biokemiallisessa reaktiossa, koska tällaisia reaktioita tapahtuu jokaisessa solussa lähes jatkuvasti, jokainen ATP-molekyyli purkautuu ja latautuu uudelleen, esimerkiksi ihmiskehossa keskimäärin kerran minuutissa. ATP:tä löytyy sytoplasmasta, mitokondrioista, plastideista ja ytimistä.
virus