Поміркуйте

Чому макроергічні сполуки потрібні не для всіх біохімічних реакцій?

Згадайте

Які речовини утворюються в процесі дихання?

Велика кількість молекул АТФ утворюється в процесах клітинного дихання та фотосинтезу. Ця молекула відіграє роль універсального джерела енергії для біохімічних реакцій.

АТФ та її роль у життєдіяльності клітин

У життєдіяльності клітини активну участь беруть не лише РНК і ДНК, але й окремі нуклеотиди. Особливо важливими для життєдіяльності клітин є сполуки нуклеоти-дів із залишками ортофосфатної кислоти. Таких залишків до нуклеотиду може приєднуватися від одного до трьох. Відповідно, й називають їх за кількістю цих залишків. Наприклад: АТФ — аденозинтрифосфат (аденозинтрифосфатна кислота), ГТФ — гуаназинтрифосфат, АДФ — аденозинди-фосфат, АМФ — аденозинмонофосфат. Усі нуклеотиди, які входять до складу нуклеїнових кислот, є монофосфатами. Три- і дифосфати також відіграють важливу роль у біохімічних процесах клітин.

Найбільш поширеним у клітинах живих організмів є АТФ (мал. 8.1). Він бере участь у процесах росту, руху й розмноження клітин.

Перетворення енергії та реакції синтезу в біологічних системах

Визначна роль молекули АТФ в обміні речовин полягає в тому, що вона забезпечує енергією переважну більшість процесів, які відбуваються в клітинах. Синтез і розщеплення органічних речовин, транспорт речовин через клітинну мембрану, перенесення молекул і органел у клітині, передачі сигналу, реалізації спадкової інформації, скорочення м’язів тощо. Будь-яка хімічна реакція за участю ферменту, що потребує затрат енергії, пов’язана з відщепленням одного залишку ортофосфатної кислоти від молекули АТФ, утворенням АДФ і вивільненням енергії:

А чому саме АТФ? Тому що зв’язок залишків ортофос-фатної кислоти в цій молекулі є не звичайним, а макроер-гічним (багатим на енергію). Для утворення цього зв’язку потрібно багато енергії, але під час його руйнування енергія виділяється у великій кількості.

Коли молекули вуглеводів, білків, ліпідів у клітинах розщеплюються, то відбувається виділення енергії. Цю енергію клітина запасає. Для цього до нуклеотидів монофосфатів (наприклад, АМФ) приєднується один або два залишки орто-фосфатної кислоти, й утворюється молекула ди- або трифос-фатів (відповідно, АДФ або АТФ).

Утворені зв’язки є макроергічними. Таким чином, АДФ містить один макроергічний зв’язок, а АТФ — два. Під час синтезу нових органічних сполук макроергічні зв’язки руйнуються й забезпечують відповідні процеси енергією.

Макроергічні сполуки живих організмів

АТФ належить до групи нуклеозидфосфатних макроер-гічних сполук. Окрім неї, до цієї групи входять такі сполуки, як ГТФ, УТФ, АДФ, циклічний АМФ (цАМФ) тощо. Для цих сполук характерна наявність як мінімум одного хімічного зв’язку, за умов утворення або розриву якого енергетичні витрати перевищують 20 кДж/моль. У хімічних формулах такі зв’язки позначають особливим знаком «■—». Здебільшого макроергічні сполуки живих клітин містять фосфатну групу, яка після розриву макроергічного зв’язку може переноситися на іншу сполуку. Інші групи макроер-гічних сполук у клітинах представляють такі речовини, як ацетилфосфат, креатинфосфат, ацетилкоензим А (ацетил-КоА) (мал. 8.2), фосфоенолпіровиноградна кислота тощо, які виконують зазаначені функції.

Дізнайтеся більше

У разі пересадки кісткового мозку ДНК клітин крові буде зовсім іншим, ніж, приміром, у слині чи волоссі. Саме тому виникають труднощі в ідентифікуванні злочинців та розкритті окремих злочинів.

Усі ці сполуки (АТФ, ГТФ, УТФ та інші) можуть виконувати роль посередників у передачі енергії від немакроергічних сполук до АТФ, а також бути резервом енергії в клітині.

Ключова ідея

Макроергічними називають сполуки, які мають хімічний зв'язок, за умов утворення або розриву якого енергетичні витрати перевищують 20 кДж/ моль. До таких сполук у клітинах належать АТФ, ГТФ, креатинфосфат, ацетилКоА тощо. Найчастіше в біохімічних процесах клітин використовується АТФ, який відіграє роль універсального джерела енергії для біохімічних реакцій.

Перевірте свої знання

1. Які хімічні сполуки називають макроергічними?

2. Які функції виконує в клітинах АТФ? 3*. Чому макроергічні зв'язки є такими зручними для використання в біохімічних процесах клітини?

Мінідовідник

Відомості про органічні речовини

Структура органічної молекули на прикладі аланіну

Форми органічних молекул

Групи органічних сполук

Основні функціональні групи

Типи зв'язків у молекулі білка

Деякі зв'язки виникають між атомами елементів у молекулі речовини за рахунок спільних електронних пар. У молекулах білків наявні пептидний і дисульфідний зв'язки. Забезпечують міцні хімічні зв'язки.

Пептидний зв'язок

Пептидні зв'язки виникають між карбоксильною групою однієї амінокислоти (-COOH) й аміногрупою (-NH₂) іншої амінокислоти.

Дисульфідний зв'язок

Дисульфідний зв'язок може виникати між різними ділянками одного й того самого поліпептидного ланцюга, тоді він утримує цей ланцюг у зігнутому стані. Якщо дисульфідний зв'язок виникає між двома поліпептидами, то він об'єднує їх в одну молекулу.

У молекулах білків наявні водневі, йонні зв'язки та гідрофобні взаємодії. Забезпечують слабкі хімічні зв'язки.

Водневий зв'язок

Виникає між атомами Гідрогену, що мають частково позитивний заряд, однієї функціональної групи та атомом (Оксигену, Нітрогену), що має частково негативний заряд і неподільну електронну пару, іншої функціональної групи.

Йонний зв'язок

Виникає між позитивно й негативно зарядженими функціональними групами (додатковими карбоксильними й аміногрупами), що містяться в радикалах лізину, аргініну, гістидину, аспарагінової та глутамінової кислот.

Гідрофобна взаємодія

Виникає в молекулі білка між радикалами гідрофобних амінокислот.

Узагальнення знань за темою «Хімічний склад клітини та біологічні молекули»

Хімічний склад клітини

Елементарний склад
Макроелементи (98 %)	Мікроелементи (1,9 %)	Ультрамікроелементи (0,1 %)
Молекулярний склад
	Що належить?	Де вміщуються?
Неорганічні речовини	Оксиди,основи, кислоти, вода, мінеральні солі	Тіла живої та неживої природи
Органічні речовини	Білки, ліпіди, вуглеводи, нуклеїнові та органічні кислоти	Утворюються лише в живій природі; накопичуються в неживій природі у вигляді торфу та гумусу

Основні характеристики органічних речовин

Ознаки	Білки	Ліпіди	Вуглеводи
Особливості будови	Біополімери, що складаються із залишків амінокислот	Залишки триатомного спирту гліцеролу і жирних кислот; циклічні сполуки карбону	Хімічна структура відповідає загальній формулі С (H2O) m 2 'n
Класифікація	Протеїни Протеїди	Жири тваринного та рослинного походження	Моносахариди Олігосахариди Полісахариди
Біологічна роль	Структурна, енергетична, регуляторна, транспортна, запасальна, каталітична, захисна	Енергетична, запасальна, захисна, терморегуляторна, структрурна	Енергетична, запасальна, структурна, пластична, захисна, рецепторна
Джерело	М’ясо, риба, молочні продукти, яйця, плоди бобових, насіння, горіхи, крупи тощо	Вершкове масло, свиняче, яловиче й гусяче сала; лляна, соняшникова, оливкова олії тощо	Зернові культури, картопля, морква, кавун, капуста, банани тощо
Енергетична цінність (ккал/г)	4,11	9,29	4,1

Добова потреба організму людини в білках, жирах і вуглеводах (у грамах)

Основні властивості води

Компетентнісно орієнтовані завдання

1 Прочитайте прислів'я та приказки про воду. Оберіть один вираз та в есе поміркуйте, що воно означає. З'ясуйте, яке біологічне значення води.

• Вода найде собі дорогу.

• Вода греблю рве.

• Де вода, там і верба.

• Вода крапля по краплі і камінь довбає.

• Не плюй у криницю, бо доведеться з неї ще води напитися.

Під час роботи можете скористатися шаблонами методу «ПРЕС» («Ми вважаємо, що...» ^ «Тому що...» ^ «Наприклад,..» ^ «Отже,..»)

2 За допомогою методу Fishbone поясніть біологічну роль хімічних елементів (Гідроген, Калій, Йод, Натрій) в організмі людини. Обговоріть результати роботи. Головні етапи створення Fishbone:

1. Сформуйте питання в полі «Проблема».

2. Після аналізу інформації за темою виділіть причини та факти (захворювання), що їх підтверджують.

3. Шляхом аналізу «причин-фактів» зробіть висновки.

3 Біологічні задачі.

А) Один із ланцюгів молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів:

Яку послідовність нуклеотидів має других ланцюг цієї молекули?

Б) На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в послідовності:

Визначте довжину і масу цієї ділянки.

В) Визначте довжину та масу молекули білка, якщо до її складу входить 130 амінокислот.

Г) Обчисліть і вкажіть частку (%) тимідилових нуклеотидів у ділянці молекули ДНК, якщо частка гуаніло-вих нуклеотидів становить 42 % від загальної кількості.

Д) Фрагмент молекули ДНК містить 700 тимінових нуклеотидів (40 % від загальної кількості). Визначте

кількість у даному фрагменті аденінових, гуанінових і цитозинових нуклеотидів.

4 Виберіть із запропонованих термінів зайвий та обґрунтуйте свій вибір: білки, ліпіди, вуглеводи, вода, нуклеїнові кислоти.

5 Американський біохімік Лайнус Полінг одного разу сказав: «Every aspect of the world today — even politics and international relations — is affected by chemistry». Що мав на увазі науковець? Перекладіть цитату й висловіть свої думки (якщо не маєте змоги перекласти самостійно, зверніться до вчительок/ учителів англійської мови).

6 Використавши метод скрайбінгу, поясніть рівні організації біологічних систем.

Головні етапи створення скрайбінгу Перш ніж починати створювати візуалізацію, окрес-літь головний зміст, який плануєте донести. Готуйтеся таким чином.

1. Придумайте ідею. Вона повинна бути зрозумілою й актуальною.

2. Оберіть спосіб візуалізації. Залежно від мети та доступних засобів, оберіть, яким чином буде зображено головний зміст теми (малюнок, аплікація, магніти тощо).

3. Підготуйте сценарій. Заздалегідь продумайте план дій.

4. Зробіть заготовки. Підготуйте маркери, ручки, кольорову крейду для малювання; наліпки, аплікації, магніти, 3Р-ручки для інших видів тощо.

Якщо плануєте відеоскрайбінг, оберіть найбільш зручну програму, у якій можна створити й змонтувати сюжетні складові у відеоряд. Це може бути Power Point або безкоштовна програма для створення якісних відеоскрайбів Sparkol VideoScribe, яку необхідно встановити на свій девайс.

5. Проведіть скрайбінг-сесію. Перевірте, що ваші образи повністю відтворюють теоретичний зміст. Презентуйте роботу.

Тестові завдання за темою «Хімічний склад клітини та біологічні молекули»

 

Це матеріал з підручника "Біологія 9 клас Задорожний" (поглиблений рівень)