Organické látky v živej prírode

Organické látky sú základom celej živej prírody. Rastliny a zvieratá, mikroorganizmy a vírusy - všetky živé bytosti pozostávajú z obrovského množstva rôznych organických látok a relatívne malého počtu anorganických látok. Práve zlúčeniny uhlíka boli pre svoju veľkú rozmanitosť a schopnosť mnohých chemických premien základom, na ktorom vznikol život vo všetkých jeho prejavoch. Nositeľmi týchto vlastností, ktoré sú zahrnuté v koncepte „života“, sú zložité organické látky, ktorých molekuly obsahujú reťazce mnohých tisícov atómov - biopolyméry.

V prvom rade toto bielkoviny - nosiče života, základ živej bunky. Komplexné organické polyméry – bielkoviny pozostávajú najmä z uhlíka, vodíka, kyslíka, dusíka a síry. Ich molekuly vznikajú spojením veľmi veľkého množstva jednoduchých molekúl – tzv aminokyseliny(pozri článok „Chémia života“).

Existuje veľa rôznych proteínov. Existujú podporné alebo štrukturálne proteíny. Takéto bielkoviny sú súčasťou kostí, tvoria chrupavku, kožu, vlasy, rohy, kopytá, perie a rybie šupiny. Svaly obsahujú štrukturálne proteíny spolu s proteínmi, ktoré vykonávajú kontraktilné funkcie. Svalová kontrakcia (najdôležitejšia úloha bielkovín tohto typu) je premena časti chemickej energie takýchto bielkovín na mechanickú prácu. Veľmi veľká skupina proteínov reguluje chemické reakcie v organizmoch. Toto enzýmy(biologické katalyzátory). V súčasnosti je ich známych viac ako tisíc. Vysoko vyvinuté organizmy sú schopné produkovať aj ochranné bielkoviny – takzvané protilátky, ktoré sú schopné vyzrážať alebo viazať a tým neutralizovať cudzie látky a telá, ktoré sa dostali do tela zvonku.

Spolu s bielkovinami vykonávajú najdôležitejšie funkcie života nukleových kyselín. Metabolizmus vždy prebieha v živom organizme. Zloženie takmer všetkých jeho buniek sa neustále obnovuje. Obnovujú sa aj bunkové proteíny. Ale pre každý orgán, pre každé tkanivo si musíte vytvoriť svoj vlastný špeciálny proteín s vlastným jedinečným poradím aminokyselín v reťazci. Strážcami tohto poriadku sú nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny sú akousi šablónou, podľa ktorej organizmy budujú svoje proteíny. Často sa obrazne hovorí, že obsahujú kód na syntézu bielkovín. Každý proteín má svoj vlastný kód, svoju vlastnú šablónu. Nukleové kyseliny majú ďalšiu funkciu. Sú tiež templátmi pre samotné nukleové kyseliny. Ide o akési „pamäťové zariadenie“, pomocou ktorého každý druh živých bytostí prenáša kódy na stavbu svojich bielkovín z generácie na generáciu (pozri článok „Chémia života“).

Podporné funkcie v živej prírode neplnia len bielkoviny. V rastlinách sú napríklad nosnými, kostrovými látkami celulóza a lignín. Sú to tiež polymérne látky, ale úplne iného typu. Dlhé reťazce atómov celulózy sú postavené z molekúl glukózy, ktoré patria do skupiny cukrov. Preto je celulóza klasifikovaná ako polysacharid. Štruktúra lignínu ešte nie je definitívne stanovená. Toto je tiež polymér, zjavne so sieťovými molekulami. A u hmyzu podporné funkcie vykonáva chitín, tiež polysacharid.

Existuje veľká skupina látok (tuky, cukry alebo sacharidy), ktoré prenášajú a ukladajú chemickú energiu. Sú (spolu s potravinovými bielkovinami) rezervným stavebným materiálom potrebným na tvorbu nových buniek (pozri článok „Chémia potravy“). Mnohé organické látky (vitamíny, hormóny) v živých organizmoch zohrávajú úlohu regulátorov životnej aktivity. Niektoré regulujú dýchanie alebo trávenie, iné - rast a delenie buniek, iné - činnosť nervového systému atď. Živé organizmy obsahujú množstvo látok na najrôznejšie účely: farbivá, ktorým svet kvetov vďačí za svoju krásu , pachové látky - priťahujúce alebo odpudzujúce, chrániace pred vonkajšími nepriateľmi a mnohé iné. Rastliny a zvieratá, dokonca aj každá jednotlivá bunka, sú malé, ale veľmi zložité laboratóriá, v ktorých vznikajú, premieňajú sa a rozkladajú sa tisíce organických látok. V týchto laboratóriách prebiehajú početné a rôznorodé chemické reakcie v presne definovanom poradí. Tie najzložitejšie štruktúry vznikajú, rastú a potom sa rozpadajú...

Svet organických látok nás obklopuje, my sami sa z nich skladáme a všetka živá príroda, medzi ktorou žijeme a ktorú neustále používame, pozostáva z organických látok.

Štruktúra prírodného polyméru - proteín hodvábneho fibroínu. Jednotlivé polymérne reťazce sú navzájom spojené vodíkovými väzbami (prerušovaná čiara).

Sú vírusy tvor alebo látka?

Za posledných 100 rokov vedci opakovane zmenili svoje chápanie podstaty vírusov, mikroskopických prenášačov chorôb.

Najprv boli vírusy považované za jedovaté látky, potom - jedna z foriem života, potom - biochemické zlúčeniny. Dnes sa predpokladá, že existujú medzi živým a neživým svetom a sú hlavnými účastníkmi evolúcie.

Koncom 19. storočia sa zistilo, že niektoré choroby vrátane besnoty a slintačky a krívačky spôsobujú častice podobné baktériám, ale oveľa menšie. Keďže mali biologickú povahu a prenášali sa z jednej obete na druhú, pričom spôsobovali rovnaké symptómy, vírusy sa začali považovať za drobné živé organizmy, ktoré nesú genetickú informáciu.

Presun vírusov na neživé chemické objekty nastal po roku 1935, keď Wendell Stanley prvýkrát vykryštalizoval vírus tabakovej mozaiky. Zistilo sa, že kryštály pozostávajú z komplexných biochemických zložiek a nemajú vlastnosť potrebnú pre biologické systémy - metabolickú aktivitu. V roku 1946 dostal vedec Nobelovu cenu za túto prácu v chémii, a nie vo fyziológii alebo medicíne.

Ďalší Stanleyho výskum jasne ukázal, že akýkoľvek vírus pozostáva z nukleovej kyseliny (DNA alebo RNA) zabalenej v proteínovom obale. Okrem ochranných proteínov majú niektoré z nich špecifické vírusové proteíny zapojené do bunkovej infekcie. Ak vírusy posudzujeme len podľa tohto popisu, potom sa skutočne viac podobajú chemickým látkam ako živému organizmu. Ale keď vírus vstúpi do bunky (po ktorej sa nazýva hostiteľská bunka), obraz sa zmení. Zhadzuje svoj proteínový obal a podrobuje si celý bunkový aparát, čím ho núti syntetizovať vírusovú DNA alebo RNA a vírusové proteíny v súlade s pokynmi zaznamenanými v jeho genóme. Ďalej sa vírus z týchto zložiek sám poskladá a objaví sa nová vírusová častica, pripravený infikovať ďalšie bunky.

Táto schéma prinútila mnohých vedcov, aby sa na vírusy pozreli novým spôsobom. Začali sa považovať za predmety nachádzajúce sa na hranici medzi živým a neživým svetom. Podľa virológov M.H.V.van Regenmortela z univerzity v Štrasburgu vo Francúzsku a B.W.Mahyho z Centra pre prevenciu a kontrolu chorôb možno tento spôsob života nazvať „vypožičaným životom“. Zaujímavým faktom je, že zatiaľ čo biológovia dlho považovali vírus za „bielkovinovú schránku“ naplnenú chemickými časťami, využili jeho schopnosť replikovať sa v hostiteľskej bunke na štúdium mechanizmu kódovania proteínov. Moderná molekulárna biológia vďačí za svoj úspech z veľkej časti informáciám získaným štúdiom vírusov.

Vedci vykryštalizovali väčšinu bunkových komponentov (ribozómy, mitochondrie, membránové štruktúry, DNA, proteíny) a dnes ich vnímajú buď ako „chemické stroje“, alebo ako materiál, ktorý tieto stroje používajú alebo vyrábajú. Tento pohľad na zložité chemické štruktúry, ktoré zabezpečujú život bunky, je dôvodom, prečo sa molekulárni biológovia stavom vírusov príliš nezaoberajú. Výskumníci sa o ne zaujímali len ako o agentov schopných využívať bunky na vlastné účely alebo slúžiť ako zdroj infekcie. Zložitejšia otázka týkajúca sa príspevku vírusov k evolúcii zostáva pre väčšinu vedcov nepodstatná.

Byť či nebyť?

Čo znamená slovo "živý"? Väčšina vedcov sa zhoduje v tom, že okrem schopnosti reprodukovať sa musia mať živé organizmy aj iné vlastnosti. Napríklad život každého tvora je vždy časovo obmedzený – rodí sa a umiera. Okrem toho majú živé organizmy určitý stupeň autonómie v biochemickom zmysle, t.j. do istej miery sa spoliehajú na vlastné metabolické procesy, ktoré im poskytujú látky a energiu podporujúce ich existenciu.

Kameň, ako aj kvapka tekutiny, v ktorej prebiehajú metabolické procesy, ale ktorá neobsahuje genetický materiál a nie je schopná samoreprodukcie, je nepochybne neživý predmet. Baktéria je živý organizmus, a hoci sa skladá len z jednej bunky, dokáže vytvárať energiu a syntetizovať látky, ktoré zabezpečujú jej existenciu a rozmnožovanie. Čo možno v tejto súvislosti povedať o semene? Nie každé semeno vykazuje známky života. Keďže je však v pokoji, obsahuje potenciál, ktorý dostal od nepochybne živej substancie a ktorý je za určitých podmienok možné realizovať. Zároveň môže byť semienko nenávratne zničené a potom potenciál zostane nerealizovaný. V tomto ohľade vírus pripomína skôr semienko ako živú bunku: má určité schopnosti, ktoré sa nemusia naplniť, no nemá schopnosť autonómnej existencie.

Za život možno považovať aj stav, do ktorého za určitých podmienok prechádza systém pozostávajúci z neživých zložiek s určitými vlastnosťami. Príklady takýchto zložitých (emergentných) systémov zahŕňajú život a vedomie. Aby dosiahli príslušný status, musia mať určitú úroveň obtiažnosti. Neurón (sám o sebe alebo dokonca ako súčasť neurónovej siete) teda nemá vedomie, na to je potrebný mozog. Ale intaktný mozog môže byť živý v biologickom zmysle a zároveň neposkytovať vedomie. Podobne ani bunkové, ani vírusové gény alebo proteíny samotné neslúžia ako živá látka a bunka bez jadra je podobná človeku bez hlavy v tom, že nemá kritickú úroveň zložitosti. Vírus tiež nie je schopný dosiahnuť túto úroveň. Takže život možno definovať ako druh komplexného vznikajúceho stavu, vrátane tých istých základných „stavebných blokov“, ktoré má vírus. Ak budete postupovať podľa tejto logiky, potom vírusy, ktoré nie sú živými objektmi v prísnom zmysle slova, stále nemožno klasifikovať ako inertné systémy: sú na hranici medzi živými a neživými.

REPLIKÁCIA VÍRUSU

Vírusy majú nepochybne vlastnosť, ktorá je vlastná všetkým živým organizmom - schopnosť reprodukovať sa, aj keď s nevyhnutnou účasťou hostiteľskej bunky. Obrázok ukazuje replikáciu vírusu, ktorého genóm je dvojvláknová DNA. Replikačný proces fágov (vírusov, ktoré infikujú baktérie bez jadra), RNA vírusov a retrovírusov sa od tu opísaných líši len v detailoch.

Vírusy a evolúcia

Vírusy majú svoju vlastnú, veľmi dlhú evolučnú históriu, ktorá siaha až k počiatkom jednobunkových organizmov. Niektoré vírusové reparačné systémy, ktoré zabezpečujú odrezanie nesprávnych báz z DNA a elimináciu škôd spôsobených kyslíkovými radikálmi a pod., sa teda nachádzajú len v jednotlivých vírusoch a existujú v nezmenenej podobe už miliardy rokov.

Výskumníci nepopierajú, že vírusy zohrávali určitú úlohu v evolúcii. Ale keďže ich považujú za neživú hmotu, stavajú ich na rovnakú úroveň s faktormi, ako sú klimatické podmienky. Tento faktor ovplyvňoval organizmy, ktoré mali zvonku meniace sa geneticky podmienené vlastnosti. Organizmy, ktoré boli voči tomuto vplyvu odolnejšie, úspešne prežili, rozmnožili sa a odovzdali svoje gény ďalším generáciám.

V skutočnosti však vírusy ovplyvňovali genetický materiál živých organizmov nie nepriamo, ale tým najpriamejším možným spôsobom – vymieňali si s ním svoju DNA a RNA, t.j. boli hráči na biologickom poli. Veľkým prekvapením pre lekárov a evolučných biológov bolo, že väčšina vírusov sa ukázala ako úplne neškodné stvorenia, ktoré nesúvisia so žiadnymi chorobami. Pokojne spia vo vnútri hostiteľských buniek alebo používajú svoj aparát na svoje pokojné rozmnožovanie bez akéhokoľvek poškodenia bunky. Takéto vírusy majú množstvo trikov, ktoré im umožňujú uniknúť pozornému oku imunitného systému bunky – pre každú fázu imunitnej odpovede majú gén, ktorý túto fázu riadi alebo upravuje v ich prospech.

Okrem toho počas kohabitácie bunky a vírusu vírusový genóm (DNA alebo RNA) „kolonizuje“ genóm hostiteľskej bunky a dodáva jej stále viac nových génov, ktoré sa v konečnom dôsledku stávajú integrálnou súčasťou genómu hostiteľskej bunky. daný typ organizmu. Vírusy majú rýchlejší a priamejší vplyv na živé organizmy ako vonkajšie faktory, ktoré vyberajú genetické varianty. Veľké množstvo vírusových populácií spolu s ich vysokou rýchlosťou replikácie a vysokou rýchlosťou mutácií z nich robí hlavný zdroj genetických inovácií, ktoré neustále vytvárajú nové gény. Nejaký jedinečný gén vírusového pôvodu, putujúci, prechádza z jedného organizmu do druhého a prispieva k evolučnému procesu.

Bunka, ktorej jadrová DNA bola zničená, je skutočne „mŕtva“: je zbavená genetického materiálu s pokynmi na činnosť. Vírus však môže použiť zostávajúce neporušené bunkové zložky a cytoplazmu na svoju replikáciu. Podmaňuje si bunkový aparát a núti ho využívať vírusové gény ako zdroj pokynov na syntézu vírusových proteínov a replikáciu vírusového genómu. Jedinečná schopnosť vírusov vyvíjať sa v mŕtvych bunkách sa najjasnejšie demonštruje, keď sú hostiteľmi jednobunkové organizmy, predovšetkým tie, ktoré obývajú oceány. (Prevažná väčšina vírusov žije na súši. Podľa odborníkov sa vo svetovom oceáne nenachádza viac ako 1030 vírusových častíc.)

Baktérie, fotosyntetické sinice a riasy, potenciálni hostitelia morských vírusov, sú často zabíjané ultrafialovým žiarením, ktoré ničí ich DNA. Niektoré vírusy („obyvatelia“ organizmov) zároveň zapínajú mechanizmus syntézy enzýmov, ktoré obnovujú poškodené molekuly hostiteľskej bunky a privádzajú ju späť k životu. Sinice napríklad obsahujú enzým, ktorý sa podieľa na fotosyntéze, a keď je vystavený nadmernému svetlu, niekedy dochádza k jeho zničeniu, čo vedie k bunkovej smrti. A potom vírusy nazývané cyanofágy „zapnú“ syntézu analógu bakteriálneho fotosyntetického enzýmu, ktorý je odolnejší voči UV žiareniu. Ak takýto vírus infikuje novo odumretú bunku, fotosyntetický enzým ju môže priviesť späť k životu. Vírus teda zohráva úlohu „génového resuscitátora“.

Nadmerné dávky UV žiarenia môžu viesť k úmrtiu cyanofágov, niekedy sa im však podarí vrátiť život pomocou viacnásobných opráv. V každej hostiteľskej bunke je zvyčajne prítomných niekoľko vírusov a ak sú poškodené, dokážu po kúsku zostaviť vírusový genóm. Rôzne časti genómu a sú schopné slúžiť ako dodávatelia jednotlivých génov, ktoré spolu s inými génmi obnovia funkcie genómu a v plnom rozsahu bez vytvorenia celého vírusu. Vírusy sú jediné živé organizmy, ktoré sa podobne ako vták Phoenix môžu znovuzrodiť z popola.

Podľa International Human Genome Sequencing Consortium chýba 113 až 223 génov zdieľaných medzi baktériami a ľuďmi v dobre preštudovaných organizmoch, ako sú kvasinky Sacharomyces cerevisiae, ovocná muška Drosophila melanogaster a škrkavka Caenorhabditis elegans, ktoré patria medzi tieto dva extrémy. línie.živé organizmy. Niektorí vedci sa domnievajú, že kvasinky, ovocná muška a škrkavka, ktoré sa objavili po baktériách, ale pred stavovcami, v určitom bode svojho evolučného vývoja jednoducho stratili zodpovedajúce gény. Iní veria, že gény preniesli na človeka baktérie, ktoré sa dostali do jeho tela.

Spolu s kolegami z Ústavu pre vakcíny a génovú terapiu na University of Oregon Health Sciences navrhujeme, aby existovala tretia cesta: gény boli pôvodne vírusového pôvodu, ale potom kolonizovali členov dvoch rôznych línií organizmov, ako sú baktérie a stavovce. . Gén, ktorým baktéria obdarila ľudstvo, mohol byť prenesený do dvoch línií, ktoré vírus spomína.

Okrem toho sme presvedčení, že samotné bunkové jadro je vírusového pôvodu. Vzhľad jadra (štruktúra, ktorá sa nachádza iba u eukaryotov vrátane ľudí a chýba u prokaryotov, ako sú baktérie) sa nedá vysvetliť postupnou adaptáciou prokaryotických organizmov na meniace sa podmienky. Mohla byť vytvorená na základe už existujúcej vírusovej DNA s vysokou molekulovou hmotnosťou, ktorá si vybudovala trvalý „domov“ vo vnútri prokaryotickej bunky. Potvrdzuje to skutočnosť, že gén DNA polymerázy (enzým zapojený do replikácie DNA) fágu T4 (fágy sú vírusy, ktoré infikujú baktérie) je vo svojej nukleotidovej sekvencii blízky génom DNA polymerázy eukaryotov a vírusov, ktoré ich infikujú. . Patrick Forterre z University of Paris South, ktorý skúmal enzýmy podieľajúce sa na replikácii DNA, navyše dospel k záveru, že gény, ktoré určujú ich syntézu v eukaryotoch, sú vírusového pôvodu.

Vírus modrého jazyka

Vírusy ovplyvňujú absolútne všetky formy života na Zemi a často určujú ich osud. Zároveň sa aj vyvíjajú. Priamy dôkaz pochádza zo vzniku nových vírusov, ako je vírus ľudskej imunodeficiencie (HIV), ktorý spôsobuje AIDS.

Vírusy neustále menia hranicu medzi biologickým a biochemickým svetom. Čím ďalej napredujeme v štúdiu genómov rôznych organizmov, tým viac dôkazov o prítomnosti génov z dynamického, veľmi starého fondu nájdeme. O vplyve vírusov na evolúciu v roku 1969 hovoril nositeľ Nobelovej ceny Salvador Luria: „Možno boli vírusy so svojou schopnosťou vstupovať a vystupovať z bunkového genómu aktívnymi účastníkmi procesu optimalizácie genetického materiálu všetkého živého počas evolúcie. Nevšimli sme si to." Bez ohľadu na to, ktorému svetu – živému alebo neživému – pripisujeme vírusy, nastal čas nepovažovať ich za izolovane, ale s prihliadnutím na ich neustále spojenie so živými organizmami.

O AUTOROVI:
Luis Villarreal(Luis P. Villarreal) - Riaditeľ Centra pre štúdium vírusov na Kalifornskej univerzite v Irvine. Doktorát z biológie získal na Kalifornskej univerzite v San Diegu, potom pracoval na Stanfordskej univerzite v laboratóriu nositeľa Nobelovej ceny Paula Berga. Aktívne sa zapája do pedagogickej činnosti a v súčasnosti sa podieľa na vývoji programov boja proti hrozbe bioterorizmu.

Vírusy sa líšia od neživej hmoty dvoma vlastnosťami: schopnosťou reprodukovať podobné formy (množiť sa) a vlastníctvom dedičnosti a variability.

Vírusy sú navrhnuté veľmi jednoducho. Každá vírusová častica pozostáva z RNA alebo DNA uzavretej v proteínovom obale tzv kapsida (obr. 16).

2. Životne dôležitá aktivita vírusov.

Po preniknutí do bunky vírus zmení svoj metabolizmus a celú svoju aktivitu nasmeruje na produkciu vírusovej nukleovej kyseliny a vírusových proteínov. Vo vnútri bunky dochádza k samouskladaniu vírusových častíc zo syntetizovaných molekúl nukleových kyselín a proteínov. Pred smrťou sa v bunke podarí syntetizovať obrovské množstvo vírusových častíc. V konečnom dôsledku bunka odumrie, jej obal praskne a vírusy opustia hostiteľskú bunku (obr. 17).

Tým, že sa vírusy usadzujú v bunkách živých organizmov, spôsobujú mnohé nebezpečné choroby: u ľudí: chrípku, kiahne, osýpky, detskú obrnu, mumps, besnotu, AIDS a mnohé iné; v rastlinách - mozaiková choroba tabaku, paradajok, uhoriek, kučeravosti listov, trpaslík atď.; u zvierat - slintačka a krívačka, mor ošípaných a vtákov, infekčná anémia koní a pod.

Otázky k testu v časti „Molekulárna úroveň živej prírody“

Každá možnosť bude mať 10 otázok
Každá otázka musí byť zodpovedaná jednou celou vetou.

Aké prvky sú zahrnuté v sacharidoch? Napíšte všeobecný vzorec pre sacharidy.
Aké sacharidy sú súčasťou nukleových kyselín (DNA a RNA)?
Napíšte názvy najdôležitejších disacharidov.
Napíšte názvy najdôležitejších polysacharidov.
Aké polysacharidy tvoria bunkové steny buniek rastlín a húb?
Aké sacharidy sa hromadia v rastlinných a živočíšnych bunkách ako rezervné látky?
Napíšte všeobecný vzorec aminokyseliny.
Aké sú primárne a sekundárne štruktúry proteínov?
Aké sú terciárne a kvartérne štruktúry proteínov?
Čo je denaturácia?
Ktoré molekuly sú klasifikované ako biopolyméry?
Čo sú enzýmy?
Ako sa nazýva oblasť enzýmu, ktorá interaguje s molekulou substrátu?
Kde sa v bunke nachádzajú molekuly DNA?
Aké dusíkaté bázy tvoria nukleotidy DNA? RNA?
Koľko vodíkových väzieb sa tvorí medzi komplementárnymi dusíkatými bázami v DNA?
Aké funkcie vykonávajú DNA a RNA v bunke?
Aké sacharidy sú súčasťou nukleotidov DNA? RNA?
Ktoré organické molekuly, okrem proteínov, majú katalytickú aktivitu?
Aké typy RNA sú v bunke?
Kde sa v bunke nachádzajú molekuly RNA?
Z akých molekúl sa skladajú tuky?
Koľko energie sa uvoľní pri oxidácii tukov v porovnaní so sacharidmi?
Aké molekuly sú správcami genetickej informácie?
Aké molekuly sú hlavnými stavebnými kameňmi buniek? Hlavný a záložný zdroj energie?
Aké uhľohydráty a aké dusíkaté bázy sú zahrnuté v ATP?
Koľko energie sa uvoľní pri rozklade ATP na molekuly AMP a 2 H 3 RO 4 ?
Prečo telo potrebuje vitamíny pre normálny metabolizmus?
Aké nukleové kyseliny možno nájsť vo vírusoch?
Uveďte 5 ľudských chorôb spôsobených vírusmi.

Pamätajte!

Ako sa vírusy líšia od všetkých ostatných živých vecí?

Prečo existencia vírusov neodporuje základným princípom bunkovej teórie?

Pozostáva z organických látok, ako sú bunky (bielkoviny, nukleové kyseliny)

Reprodukujte pomocou buniek

Aké vírusové ochorenia poznáte?

Chrípka, HIV, besnota, rubeola, kiahne, herpes, hepatitída, osýpky, papilóm, detská obrna.

Skontrolujte si otázky a úlohy

1. Ako fungujú vírusy?

Vírusy majú veľmi jednoduchú štruktúru. Každý vírus pozostáva z nukleovej kyseliny (alebo DNA alebo RNA) a proteínu. Nukleová kyselina je genetickým materiálom vírusu. Je obklopený ochranným proteínovým obalom - kapsidou. Kapsida môže obsahovať aj svoje vlastné vírusové enzýmy. Niektoré vírusy, ako napríklad chrípka a HIV, majú ďalší obal, ktorý sa tvorí z bunkovej membrány hostiteľskej bunky. Vírusová kapsida, pozostávajúca z mnohých proteínových molekúl, má vysoký stupeň symetrie, zvyčajne má špirálovitý alebo mnohostenný tvar. Táto štrukturálna vlastnosť umožňuje individuálnym vírusovým proteínom spojiť sa do kompletnej vírusovej častice prostredníctvom samozostavenia.

2. Aký je princíp interakcie medzi vírusom a bunkou?

3. Popíšte proces prieniku vírusu do bunky.

„Nahé“ vírusy prenikajú do bunky endocytózou – ponorením časti bunkovej membrány do miesta ich adsorpcie. Inak je tento proces známy ako viropexis [vírus + grécky. pexis, príloha]. „Oblečené“ vírusy vstupujú do bunky fúziou superkapsidy s bunkovou membránou za účasti špecifických F-proteínov (fúzne proteíny). Kyslé hodnoty pH podporujú fúziu vírusového obalu a bunkovej membrány. Keď „nahé“ vírusy preniknú do bunky, vytvoria sa vakuoly (endozómy). Po prieniku „oblečených“ vírusov do cytoplazmy dochádza k čiastočnej deproteinizácii viriónov a modifikácii ich nukleoproteínu (vyzliekanie). Modifikované častice strácajú svoje infekčné vlastnosti, v niektorých prípadoch sa mení citlivosť na RNázu, neutralizačný účinok protilátok (AT) a ďalšie vlastnosti špecifické pre určité skupiny vírusov.

4. Aký je vplyv vírusov na bunku?

Myslieť si! Pamätajte!

1. Vysvetlite, prečo môže vírus prejaviť vlastnosti živého organizmu iba napadnutím živej bunky.

Vírus je nebunková forma života, nemá žiadne organely, ktoré vykonávajú určité funkcie v bunkách, neprebieha metabolizmus, vírusy sa neživia, nerozmnožujú samy a nesyntetizujú žiadne látky. Majú len dedičnosť vo forme jedinej nukleovej kyseliny - DNA alebo RNA, ako aj kapsidy bielkovín. Preto iba v hostiteľskej bunke, keď vírus integruje svoju DNA (ak ide o retrovírus, potom najskôr nastáva reverzná transkripcia a je postavená z RNA-DNA) do DNA bunky, môžu vzniknúť nové vírusy. Počas replikácie a ďalšej syntézy nukleových kyselín a proteínov bunkou sa reprodukujú aj všetky ňou zadané informácie vírusu a zostavujú sa nové vírusové častice.

2. Prečo majú vírusové ochorenia charakter epidémií? Opíšte opatrenia na boj proti vírusovým infekciám.

Rýchlo sa šíria vzdušnými kvapôčkami.

3. Vyjadrite svoj názor na čas objavenia sa vírusov na Zemi v historickej minulosti, berúc do úvahy, že vírusy sa môžu rozmnožovať iba v živých bunkách.

4. Vysvetlite prečo v polovici 20. storočia. vírusy sa stali jedným z hlavných objektov experimentálneho genetického výskumu.

Vírusy sa rýchlo množia, ľahko sa infikujú, spôsobujú epidémie a pandémie a môžu slúžiť ako mutagény pre ľudí, zvieratá a rastliny.

5. Aké ťažkosti vznikajú pri pokuse o vytvorenie vakcíny proti infekcii HIV?

Keďže HIV ničí ľudský imunitný systém a vakcína sa vyrába z oslabených alebo usmrtených mikroorganizmov, ich metabolických produktov alebo z ich antigénov získaných genetickým inžinierstvom alebo chemickými prostriedkami. Imunitný systém túto akciu nevydrží.

6. Vysvetlite, prečo sa prenos genetického materiálu vírusmi z jedného organizmu do druhého nazýva horizontálny prenos. Ako sa potom podľa vás nazýva prenos génov z rodičov na deti?

Horizontálny prenos génov (HGT) je proces, pri ktorom organizmus prenáša genetický materiál do iného organizmu, ktorý nie je jeho potomkom. Vertikálny prenos génov je prenos genetickej informácie z bunky alebo organizmu na ich potomstvo pomocou konvenčných genetických mechanizmov.

7. V priebehu rokov bolo udelených najmenej sedem Nobelových cien za fyziológiu alebo medicínu a tri Nobelove ceny za chémiu za výskum priamo súvisiaci so štúdiom vírusov. Pomocou ďalšej literatúry a internetových zdrojov pripravte správu alebo prezentáciu o aktuálnom pokroku vo výskume vírusov.

Boj ľudstva proti epidémii AIDS pokračuje. A hoci je priskoro na vyvodzovanie záverov, stále sa dajú vysledovať isté, nepochybne optimistické trendy. Biológom z Ameriky sa tak podarilo vypestovať imunitné bunky, v ktorých sa vírus ľudskej imunodeficiencie nedokáže rozmnožovať. Dosiahlo sa to pomocou najnovšej technológie, ktorá umožňuje ovplyvniť fungovanie dedičného aparátu bunky. Profesor Ramesh Akkina z University of Colorado a jeho kolegovia navrhli špeciálne molekuly, ktoré blokujú prácu jedného z kľúčových génov vírusu imunodeficiencie. Potom vedci vyrobili umelý gén schopný syntetizovať takéto molekuly a pomocou nosného vírusu ho zaviedli do jadier kmeňových buniek, z ktorých následne vznikli imunitné bunky už chránené pred infekciou HIV. Až klinické testy však ukážu, aká účinná bude táto technika v boji proti AIDS.

Ešte pred 20 rokmi bola choroba považovaná za nevyliečiteľnú. V 90-tych rokoch sa používali len krátkodobé prípravky interferónu-alfa. Účinnosť tejto liečby bola veľmi nízka. V poslednom desaťročí bola „zlatým štandardom“ v liečbe chronickej hepatitídy C kombinovaná antivírusová terapia s pegylovaným interferónom-alfa a ribavirínom, ktorej účinnosť pri eliminácii vírusu, teda pri liečbe hepatitídy C, vo všeobecnosti dosahuje 60- 70 %. Okrem toho medzi pacientmi infikovanými genotypmi 2 a 3 vírusu je to asi 90 %. Zároveň bola miera vyliečenia u pacientov infikovaných vírusom genotypu C donedávna len 40 – 50 %.

1. Vlastnosti vitálnych funkcií (rozmery)

2. Schéma štruktúry vírusu

3. Schéma prieniku a rozmnožovania buniek

4. Básničky a hádanky o vírusoch

4.Hádanky a básne

Vyzerám smutne -

Ráno ma bolí hlava

Kýcham, som zachrípnutý.

Čo sa stalo?

Toto je... chrípka

Táto chrípka je zákerný vírus

Teraz ma bolí hlava

Teplota stúpla

A potrebujete nejaké lieky

Má vaše dieťa osýpky?

Vôbec to nie je smútok

Lekár pomôže, ponáhľaj sa

Naše dieťa bude uzdravené

Idem sa dať zaočkovať

S hrdosťou pôjdem k lekárovi

Dajte mi injekčnú striekačku a injekciu

Všetko je pripravené? išiel som

Vaše budúce povolanie

1. Dokázať, že základné poznatky o procesoch prebiehajúcich na molekulárnej a bunkovej úrovni organizácie živých organizmov sú potrebné nielen pre biológov, ale aj pre odborníkov z iných oblastí prírodných vied.

Biofyzici a biochemici sa bez takýchto vedomostí nezaobídu. Fyzikálne a chemické procesy prebiehajú podľa rovnakých zákonov.

2. Aké profesie v modernej spoločnosti vyžadujú znalosť stavby a životných funkcií prokaryotických organizmov? Pripravte si krátku (nie viac ako 7-10 viet) správu o profesii, ktorá na vás najviac zapôsobila. Vysvetlite svoj výber.

Systémový biotechnológ. Špecialista na nahradenie zastaraných riešení v rôznych odvetviach novými produktmi z biotechnologického priemyslu. Pomôže napríklad dopravným firmám prejsť na biopalivá namiesto nafty a stavebným firmám na nové biomateriály namiesto cementu a betónu. Na čistenie tekutých médií použite biotechnológiu.

3. „Títo špecialisti sú potrební vo veterinárnych a lekárskych výskumných ústavoch, akademických ústavoch a biotechnologických podnikoch. Bez práce nezostanú v laboratóriách kliník a nemocníc, na agronomických šľachtiteľských staniciach, vo veterinárnych laboratóriách a nemocniciach. Niekedy sú to práve oni, ktorí dokážu stanoviť najspoľahlivejšiu a najpresnejšiu diagnózu. Ich výskum je nevyhnutný pre včasnú diagnostiku rakoviny.“ Uhádnite, o ktorých profesiách je v týchto vetách reč. Dokážte svoj názor.

Pravdepodobne genetika. Pri práci s genetickým materiálom môžu pracovať v akejkoľvek oblasti súvisiacej so živými organizmami, či už ide o selekciu alebo akékoľvek odvetvie medicínskych poznatkov.

Sacharidy pozostávajú z...

uhlík, vodík a kyslík

uhlík, dusík a vodík

uhlík, kyslík a dusík

Sacharidy, alebo sacharidy, je jednou z hlavných skupín organických zlúčenín. Sú súčasťou buniek všetkých živých organizmov. Sacharidy sú tvorené uhlíkom, vodíkom a kyslíkom. Svoj názov dostali preto, lebo väčšina z nich má v molekule rovnaký pomer vodíka a kyslíka ako v molekule vody.

Všeobecný vzorec uhľohydrátov je Cn (H 2 O) m. Príklady zahŕňajú glukózy- C6H1206 a sacharóza- C12H22011. Deriváty sacharidov môžu obsahovať aj iné prvky. Všetky sacharidy sa delia na jednoduché, príp monosacharidy, a zložité, príp polysacharidy. Z monosacharidov sú pre živé organizmy najdôležitejšie ribóza, deoxyribóza, glukóza, fruktóza a galaktóza.

Funkcie sacharidov: energetická, stavebná, ochranná, skladovacia.

Identifikujte polysacharidy z uvedených.

škrob, glykogén, chitín...

glukóza, fruktóza, galaktóza

ribóza, deoxyribóza

Di- a polysacharidy vznikajú spojením dvoch alebo viacerých monosacharidov. Disacharidy majú podobné vlastnosti ako monosacharidy. Oba sú vysoko rozpustné vo vode a majú sladkú chuť. Polysacharidy pozostávajú z veľkého počtu monosacharidov spojených kovalentnými väzbami. Tie obsahujú škrob, glykogén, celulóza, chitín a ďalšie.

Porušenie prirodzenej štruktúry proteínu.

denaturácia

renaturácia

degenerácia

Porušenie prirodzenej štruktúry proteínu sa nazýva denaturácia. Môže sa vyskytnúť pod vplyvom teploty, chemikálií, energie žiarenia a iných faktorov. Pri slabom náraze sa rozpadne iba kvartérna štruktúra, silnejšia - terciárna a potom sekundárna a proteín zostáva vo forme polypeptidového reťazca. Tento proces je čiastočne reverzibilný: ak nie je zničená primárna štruktúra, potom je denaturovaný proteín schopný obnoviť svoju štruktúru. Všetky štrukturálne vlastnosti makromolekuly proteínu sú teda určené jej primárnou štruktúrou.

Funkcia, ktorá urýchľuje biochemické reakcie v bunke.

katalytický

enzymatické

obe odpovede sú správne

Enzýmy(alebo biokatalyzátory) sú proteínové molekuly, ktoré fungujú ako biologické katalyzátory a tisíckrát zvyšujú rýchlosť chemických reakcií. Aby veľké organické molekuly reagovali, nestačí im jednoduchý kontakt. Je potrebné, aby funkčné skupiny týchto molekúl boli oproti sebe a aby do ich interakcie nezasahovali žiadne iné molekuly. Pravdepodobnosť, že sa molekuly samy zorientujú požadovaným spôsobom, je mizivá. Enzým na seba naviaže obe molekuly v požadovanej polohe, pomáha nám zbaviť sa vodného filmu, dodáva energiu, odstraňuje prebytočné časti a uvoľňuje hotový reakčný produkt. Zároveň sa samotné enzýmy, podobne ako iné chemické katalyzátory, nemenia v dôsledku minulých reakcií a vykonávajú svoju prácu znova a znova. Pre fungovanie každého enzýmu existujú optimálne podmienky. Niektoré enzýmy sú aktívne v neutrálnom prostredí, iné v kyslom alebo zásaditom prostredí. Pri teplotách nad 60ºС väčšina enzýmov nefunguje.

Funkcia kontraktilných proteínov.

motor

dopravy

ochranný

Motor Funkciu proteínov vykonávajú špeciálne kontraktilné proteíny. Vďaka nim sa u prvokov pohybujú riasinky a bičíky, pri delení buniek sa pohybujú chromozómy, u mnohobunkových organizmov sa sťahujú svaly a u živých organizmov sa zlepšujú iné druhy pohybu.

Bičík všetkých eukaryotických buniek je dlhý asi 100 µm. Na priereze môžete vidieť, že pozdĺž obvodu bičíka je 9 párov mikrotubulov a 2 mikrotubuly v strede. Všetky páry mikrotubulov sú vzájomne prepojené. Proteín, ktorý vykonáva túto väzbu, mení svoju konformáciu v dôsledku energie uvoľnenej počas hydrolýzy ATP. To vedie k tomu, že páry mikrotubulov sa začnú voči sebe pohybovať, bičík sa ohne a bunka sa začne pohybovať.

Funkcia bielkovín, vďaka ktorým hemoglobín prenáša kyslík z pľúc do buniek iných tkanív a orgánov.

dopravy

motor

obe odpovede sú správne

To je dôležité dopravy funkcia bielkovín. Hemoglobín teda prenáša kyslík z pľúc do buniek iných tkanív a orgánov. Vo svaloch túto funkciu vykonáva proteín hemoglobín. Sérové proteíny (albumín) podporujú prenos lipidov a mastných kyselín a rôznych biologicky aktívnych látok. Pridaním kyslíka sa hemoglobín mení z modrastého na šarlátový. Preto krv, ktorá má veľa kyslíka, sa líši od farby krvi, ktorá má málo kyslíka. Transportné proteíny vo vonkajšej membráne buniek prenášajú rôzne látky z prostredia do cytoplazmy.

Funkcia proteínu, ktorý udržuje stálu koncentráciu látok v krvi a bunkách tela. Zúčastnite sa rastu, reprodukcie a iných životne dôležitých procesov.

enzymatické

regulačné

dopravy

Regulačné funkcia je vlastná bielkovinám – hormónom. Udržiavajú konštantné koncentrácie látok v krvi a bunkách, podieľajú sa na raste, rozmnožovaní a iných životne dôležitých procesoch. V prítomnosti regulačnej látky začína čítanie určitého úseku DNA. Proteín produkovaný týmto génom začína dlhý reťazec premien látok prechádzajúcich cez enzymatický komplex. Nakoniec sa vytvorí regulačná látka, ktorá zastaví čítanie alebo ho prenesie na iné miesto. V tomto prípade je to informácia o DNA, ktorá určuje, aké látky sa majú produkovať, a konečný produkt syntézy DNA zablokuje a celý proces zastaví. Iný spôsob: DNA je blokovaná látkou, ktorá sa objavuje v dôsledku činnosti riadiacich systémov tela: nervových alebo humorálnych. Samozrejme, v tomto reťazci môže byť veľké množstvo sprostredkovateľov. Existuje napríklad celá skupina receptorových proteínov, ktoré vysielajú riadiaci signál v reakcii na zmeny vonkajšieho alebo vnútorného prostredia.

Molekula DNA obsahuje dusíkaté bázy...

adenín, guanín, cytozín, tymín

adenín, guanín, leucín, tymín

neexistuje správna odpoveď

Molekula DNA obsahuje štyri typy dusíkatých báz: adenín, guanín, cytozín a tymín. Určujú názvy zodpovedajúcich nukleotidov.

Určite zloženie nukleotidu.

zvyšok kyseliny fosforečnej, cytidín, uhľohydrát

dusíkatá báza, sacharid, DNA

dusíkatá zásada, uhľohydrát, zvyšok kyseliny fosforečnej

Každý nukleotid pozostáva z troch zložiek spojených silnými chemickými väzbami. Ide o dusíkatú bázu, uhľohydrát (ribóza alebo deoxyribóza) a zvyšok kyseliny fosforečnej.

Názov väzby medzi adenínom a tymínom pri tvorbe dvojvláknovej molekuly DNA.

slobodný

dvojitý

trojitý

Molekula DNA je dvojitý rad nukleotidov, zošívané v pozdĺžnom a priečnom smere.Kostru jeho štruktúry tvoria sacharidy, bezpečne spojené fosfátovými skupinami do dvoch reťazcov. Medzi „rebríkovými“ reťazcami sú dusíkaté bázy, ktoré sú navzájom priťahované slabými vodíkovými väzbami (v prípade adenín-tymín väzba dvojitý).

Určite zloženie adenozíntrifosfátu:

adenín, uracil, dva zvyšky kyseliny fosforečnej

adenín, ribóza, tri zvyšky kyseliny fosforečnej

Nukleová kyselina adenosintrifosfátu(ATP) pozostáva z jedného nukleotidu a obsahuje dve makroergické (energeticky bohaté) väzby medzi fosfátovými skupinami. ATP je absolútne nevyhnutný v každej bunke, pretože zohráva úlohu biologickej batérie - nosiča energie. Je potrebný všade tam, kde sa ukladá alebo uvoľňuje a využíva energia, teda takmer pri každej biochemickej reakcii, keďže takéto reakcie prebiehajú v každej bunke takmer nepretržite, každá molekula ATP sa vybije a dobije, napríklad v ľudskom tele v priemere raz za minútu. ATP sa nachádza v cytoplazme, mitochondriách, plastidoch a jadrách.

vírus