Многочисленные опыты показали что нарушение
Д. Неперекрываемость
Код может быть перекрывающимся и не перекрывающимся. У большинства организмов код не перекрывающийся. Перекрывающийся код найден у некоторых фагов.
Сущность не перекрывающего кода заключается в том, что нуклеотид одного кодона не может быть одновременно нуклеотидом другого кодона. Если бы код был перекрывающим, то последовательность из семи нуклеотидов (ГЦУГЦУГ) могла кодировать не две аминокислоты (аланин-аланин) (рис.33,А) как в случае с не перекрывающимся кодом, а три (если общим является один нуклеотид) (рис. 33, Б) или пять (если общими являются два нуклеотида) (см. рис. 33, В). В последних двух случаях мутация любого нуклеотида привела бы к нарушению в последовательности двух, трёх и т.д. аминокислот.
Однако установлено, что мутация одного нуклеотида всегда нарушает включение в полипептид одной аминокислоты. Это существенный довод в пользу того, что код является не перекрывающимся.
Поясним это на рисунке 34. Жирными линиями показаны триплеты кодирующие аминокислоты в случае не перекрывающегося и перекрывающегося кода. Эксперименты однозначно показали, что генетический код является не перекрывающимся. Не вдаваясь в детали эксперимента отметим, что если заменить в последовательности нуклеотидов (см. рис.34 ) третий нуклеотид У (отмечен звёздочкой) на какой-либо другой то:
1. При неперекрывающемся коде контролируемый этой последовательностью белок имел бы замену одной (первой ) аминокислоте (отмечена звёздочками).
2. При перекрывающемся коде в варианте А произошла бы замена в двух (первой и второй) аминокислотах (отмечены звёздочками). При варианте Б замена коснулась бы трёх аминокислот (отмечены звёздочками).
Однако многочисленные опыты показали, что при нарушении одного нуклеотида в ДНК, нарушения в белке всегда касаются только одной аминокислоты, что характерно для неперекрывающегося кода.
ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ
 | |
 | |
 |  |
| |
 | |
 | |
 |
ГЦУ ГЦУ ГЦУ УГЦ ЦУГ ГЦУ ЦУГ УГЦ ГЦУ ЦУГ
*** *** *** *** *** ***
Аланин – Аланин Ала – Цис – Лей Ала – Лей – Лей – Ала – Лей
А Б В
Не перекрывающийся код Перекрывающийся код
Рис. 34. Схема, объясняющая наличие в геноме не перекрывающегося кода (объяснение в тексте).
Неперекрываемость генетического кода связана с ещё одним свойством – считывание информации начинается с определённой точки – сигнала инициации. Таким сигналом инициации в иРНК является кодон, кодирующий метионин АУГ.
Следует отметить, что у человека всё-таки имеется небольшое число генов, которые отступают от общего правила и перекрываются.
2 часть
1. Анализа результатов нарушения сцепленного наследования генов позволяет определить последовательность расположения генов в хромосоме и составить генетические карты. Результаты многочисленных скрещиваний мух дрозофил показали, что частота нарушения сцепления между генами А и В составляет 5 %, между генами А и С – 11%, между генами С и В – 6%. Перерисуйте предложенную схему фрагмента хромосомы на лист ответа, отметьте на ней взаимное расположение генов А, В, С и укажите расстояние между ними. Какая величина принята за единицу расстояния между генами? Как она называется?
За единицу расстояния между генами принят 1% кроссинговера, эта величина названа морганидой.
2. На рисунке изображён стрелолист с листьями разных форм (1, 2, 3). Какая форма изменчивости характерна для разнообразия этих листьев? Объясните причину их появления. Какую форму листьев будет иметь стрелолист, выросший на отмели?
1) Разнообразие форм листьев у одного растения — это модификационная изменчивость.
2) Листья растения развивались в разных средах при различных условиях жизни, поэтому у него сформировались водные (длинные и узкие листья), надводные плавающие (с округлой листовой пластинкой) и воздушные (стреловидные).
3) Стрелолист на отмели будет иметь стреловидные листья.
3. Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.
1) Геномными называют мутации, которые ведут к изменению структуры хромосом. 2) Наиболее распространенным типом этих мутаций является полиплоидия. 3) В клетках полиплоидных организмов содержится гаплоидный (n) набор хромосом. 4) Полиплоидия используется как в селекции растений, так и в селекции животных. 5) Многие сорта культурных растений – полиплоиды. 6) избыток хромосом у полиплоидов повышает устойчивость растений к болезням. 7) Кроме того, полиплоиды часто продуктивнее своих диплоидных диких предков.
1 – геномные мутации приводят к изменению числа хромосом.
3 – в клетках полиплоидов содержится полиплоидный набор хромосом (3n, 4n).
4 – полиплоидия не используется в селекции животных.
4. Какие части имеют зубы у млекопитающих? укажите виды зубов и их функции.
1) Коронка, шейка, корень зуба.
2) Зубы млекопитающих дифференцированы на резцы, клыки, коренные.
3) Резцы необходимы для откусывания кусков от пищи, клыки – для раздирания, а коренные – для перетирания и пережевывания пищи.
5. Камбала – придонная рыба, приспособлена к жизни в морях, сливается с фоном морского дна. Назовите тип окраски и объясните ее значение, а также относительный характер приспособленности.
1) Тип окраски – покровительственная (маскировка) – форма тела и окраска сливаются с окружающими предметами.
2) Способность изменять окраску верхней стороны делает рыбу незаметной на фоне грунта.
3) Относительный характер приспособленности проявляется при движении рыбы, когда она становится заметной и доступной для хищников.
6. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: АЦГЦЦГЦТААТТЦАТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
ДНК АЦГ – ЦЦГ – ЦТА – АТТ – ЦАТ
тРНК УГЦ – ГГЦ – ГАУ – УАА – ГУА
1) На основе ДНК по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка тРНК.
2) Т.к. третий триплет тРНК (ГАУ) является антикодоном, следовательно кодон иРНК по принципу комплементарности ЦУА.
3) По таблице генетического кода по кодону иРНК определяем соответствующую аминокислоту ЛЕЙ.
4) Код однозначен – каждый кодон соответствует только одной аминокислоте, следовательно, данная тРНК с антикодоном ГАУ будете переносить только одну аминокислоту ЛЕЙ.
7. От скрещивания самцов морских свинок с белой гладкой шерсть с самками, имеющими черную мохнатую шерсть, в потомстве получены особи белые мохнатые и черные мохнатые. При скрещивании таких же самцов с белой гладкой шерстью с самками, имеющими черную гладкую шерсть, все потомство имело черную гладкую шерсть. Составьте схему решения задачи. Определите доминантные и рецессивные признаки, генотипы всех родительских самцов и самок морских свинок. Объясните, какие генетические законы соблюдаются в этом случае.
Готовимся к ЕГЭ по биологии. Задание 26
Биология. ЕГЭ 2018 года. Особенности
Варианты задания № 26, решения и пояснения
Пример 1
Элементы ответа:
Примечание: Формулировки ответа могут быть разные, главное — правильное употребление терминов. Кроме того, если экзаменуемый не выполнит задание «Укажите», «Объясните», то потеряет 2 балла.
Пример 2
Популяция стабильна, если она имеет большую численность. Почему вероятность исчезновения малочисленных популяций выше, чем многочисленных?
Элементы ответа:
Примечание: В задании не указывается количество критериев, на которые нужно дать ответ, — следовательно, необходимо назвать не меньше трех. Ответ должен соответствовать смыслу вопроса, и если этого соответствия нет, то снижается балл. Для выполнения задания нужно указать события, которые ведут к исчезновению малых популяций. Критерий № 2 наиболее сложный для абитуриентов, он редко упоминается в алгоритме для решения подобной задачи.
Пример 3
У трески, щуки и многих других рыб количество выметываемых икринок исчисляется миллионами. Вместе с тем, имеются рыбы, которые мечут несколько сотен или десятков икринок. Объясните, почему в природе существуют те и другие рыбы.
Элементы ответа:
Примечание: Подобные задания вызывают сложности. Критерий № 1 трудно вывести из вопроса, поскольку у подавляющего большинства рыб наружное оплодотворение. Если экзаменуемый ответит, что часть икры не оплодотворяется, выбрасывается волнами на берег или поедается другими рыбами, это будет в большей степени соответствовать смыслу вопроса. Нужно познакомить учеников с разными вариантами ответа.
Пример 4
Считается, что на склонах холмов поля надо распахивать поперек склона (горизонтально, террасами), а не вдоль (от вершины к подножию). Объясните, почему необходимо делать именно так и к чему может привести распашка полей вдоль склона.
Элементы ответа:
Примечание: Школьники, как правило, не знакомы с термином «террасирование». Это задание вызывает у них серьезные затруднения в силу недостатка опыта поездок в места, где такой способ распашки распространен.
Пример 5
Тело пингвинов покрыто очень мощным плотным слоем контурных перьев, под которыми расположен толстый слой пуховых перьев. При этом пингвины, в отличие от других птиц, меняют пуховые перья все разом, а не постепенно в течение всей жизни. Объясните, почему у пингвинов в ходе эволюции сформировались такие особенности пухового слоя перьев и как эти особенности повышают их приспособленность к условиям окружающей среды.
Элементы ответа:
Примечание: Абитуриент может не понять смысл вопроса. Нужно уделить время этому заданию, представить веер ответов. Лучше — пользуясь дополнительной информацией. Необходимо проговорить, что линька у пингвинов длится около 20 дней — это короткое время, в течение которого птицы голодают и скапливаются в стаи, чтобы согреться. Пуховые перья выталкиваются новыми перьями. Если словосочетание «все разом» будет понято абитуриентом как «очень быстро» (что вполне вероятно), возникнут трудности с ответом.
Пример 6
Что происходит с признаками и характеристиками организмов при дивергентном видообразовании? Какие движущие силы эволюции лежат в основе этого процесса? Какая форма естественного отбора лежит в основе этого процесса?
Элементы ответа:
Примечание: Термин полиморфизм будет часто встречаться в заданиях 2018 года. В некоторых вопросах подобного типа нужно будет говорить о дизруптивной форме отбора.
Пример 7
Почему биологический регресс часто ведет к вымиранию вида? Ответ обоснуйте, приведите не менее четырех аргументов.
Элементы ответа:
Примечание: Задание требует умения оперировать понятиями «регресс», «адаптация», «ареал», «мутации». Оно несложное, однако абитуриенты не всегда могут привести именно четыре полных критерия. Возможный веер ответов: организмы не успевают приспособиться к изменяющимся условиям среды; они не выдерживают конкуренции с другими видами; в результате они отсеиваются естественным отбором; из-за снижения численности происходит сокращение ареала. Каждая из этих формулировок вполне соответствует алгоритму, приведенному в критериях.
Пример 8
Докажите, что большинство современных птиц находится в состоянии биологического прогресса (с учетом особенностей птиц).
Элементы ответа:
Примечание: В данном примере не следует говорить о четырехкамерном сердце, двойном дыхании, клюве без зубов и прочих приспособлениях к полету, поскольку об этом не спрашивают. Теплокровность правильно упоминается как адаптациия к переживанию различных условий среды. Ответ на это задание, как и в предыдущем примере, поддается алгоритмизации: все, что сокращается при регрессе, увеличивается при прогрессе, и наоборот.
Пример 9
Опишите состав первичной атмосферы Земли и условия, при которых происходил абиогенный синтез первых органических веществ. Какие вещества синтезировали Миллер и Юри в своем эксперименте? Почему эти вещества не образуются в настоящее время, например при извержениях вулканов?
Элементы ответа:
Примечание: Очевидно, что в ответе должно быть 4 критерия. Данный пример показывает, что необходимо знать имена некоторых ученых и их работы.
Пример 10
Клевер произрастает на лугу, опыляется шмелями. Какие биотические факторы могут привести к сокращению численности популяции клевера?
Элементы ответа:
Примечание: В задании могут быть приведены другие критерии:
Пример 11
Какие растения в природных условиях получают минеральное питание не из почвы, и поясните — как?
Элементы ответа:
Примечание: Это сложное задание, и, чтобы на него ответить, нужно владеть большим объемом информации. Подобные вопросы по экологии должны быть хорошо проработаны, желательно в последний месяц перед экзаменом (они легко забываются). Очевидным преимуществом эпифитов, особенно в сильно заросшей деревьями местности, является возможность не зависеть от грунта, а находиться ближе к источнику света. Полупаразиты характеризуются слабым развитием корневой системы и почти пол¬ным отсутствием корневых волосков. С помощью корневых присосок они получают воду и питательные вещества из корней растения-хозяина.
Пример 12
Объясните, почему для возобновления вида орлана-белохвоста достаточно двух яиц в кладке, а в кладке соловья — 6-7 яиц.
Элементы ответа:
Примечание: Задание требует от абитуриентов как минимум некоторого представления об орлане-белохвосте. Условие отчасти наводит на правильный ответ — по крайней мере, учащиеся могут сравнить размеры птиц, предположить заботу о потомстве у орланов, и, таким образом, вывести первый критерий.
Пример 13
Объясните влияние плотности водной среды обитания на «живые организмы» биоценозов.
Элементы ответа:
Примечание: Критерий № 4 едва ли имеет прямое отношение к вопросу, поскольку указано не прямое влияние воды на жизнедеятельность организмов. Возможный веер ответов: у водных растений слабо развитая механическая ткань и высокая плавучесть; у животных развиты такие приспособления, как слизь на коже, плавники, адаптация к разным глубинам и так далее. Задания по теме «Экология организмов» требуют умения применять знания в измененной ситуации. В вопросах встречается влияние света, влажности, солености и других факторов.
Пример 14
Укажите не менее четырех факторов водной среды обитания. Объясните их роль в жизни организмов.
Элементы ответа:
Примечание: Подобные типы заданий могут касаться наземно-воздушной, почвенной, внутриорганизменной сред обитания. Речь идет о физико-химических свойствах и их роли в жизни организмов. Абитуриент ответит правильно, если такие свойства им хорошо изучены.
Кандидат педагогических наук, профессор, автор пособий по подготовке к ГИА
Биологические функции белков
Биологические функции белков
Огромное разнообразие структур белков обусловливает множество выполняемых ими функций (рис. 10).
В значительной степени функции белков определяются их конформацией и способностью изменять её при взаимодействии друг с другом или с другими молекулами.
КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ.
В каждой живой клетке непрерывно происходят тысячи биохимических реакций. В ряде этих реакций идёт распад и окисление поступающих извне соединений. Клетка использует энергию, полученную вследствие окисления питательных веществ; продукты их расщепления служат для синтеза необходимых клетке органических соединений. Быстрое протекание таких биохимических реакций обеспечивают катализаторы (ускорители реакций) — ферменты (другое название — энзимы).
Из истории науки. Все ферменты являются белками (но не все белки — ферменты!). В 1982 г. стало известно, что каталитическими свойствами обладают и некоторые молекулы РНК. Представление о том, что ферменты — белки, утвердилось не сразу. Для этого нужно было научиться выделять их в высокоочищенной кристаллической форме (чтобы иметь возможность исследовать их структуру методом рентгеноструктурного анализа). Впервые фермент в такой форме выделил в 1926 г. Джеймс Самнер. Это была уреаза. Потребовалось ещё около 10 лет, в течение которых было получено ещё несколько ферментов в кристаллической форме, чтобы доказать, что ферменты имеют белковую природу.
Для названий большинства ферментов характерен суффикс -аза, который чаще всего прибавляют к названию субстрата — вещества, с которым взаимодействует фермент. Так, уреаза (от лат. urea — мочевина) — фермент, который катализирует расщепление мочевины; глюкозо-6-фосфатаза катализирует отщепление фосфата от глюкозо-6-фосфата.
Каждый фермент обеспечивает одну или несколько реакций одного типа. Например, жиры в пищеварительном тракте (а также внутри клетки) расщепляют специальные ферменты — липазы, которые не действуют на полисахариды (крахмал, гликоген) или на белки. В свою очередь, фермент, расщепляющий крахмал или гликоген, — амилаза не действует на жиры. Каждая молекула фермента способна осуществлять от нескольких сотен до нескольких миллионов операций в минуту. В ходе этих операций ферментный белок не расходуется. Он соединяется с реагирующими веществами, ускоряет их превращения и выходит из реакции неизменённым.
Описано более 4 тыс. разных ферментов. Почти все они — глобулярные белки, большей частью имеющие четвертичную структуру, т. е. состоящие из нескольких полипептидных цепей.
Все ферменты условно разделены на группы по характеру реакций, которые они катализируют. Так, трансферазы катализируют перенос химических групп с одной молекулы на другую; оксидоредуктазы обеспечивают перенос электронов и протонов (при этом происходит окисление одного субстрата и восстановление другого), и т. д.
Процесс расщепления или синтеза любого вещества в клетке, как правило, разделён на ряд химических реакций. Каждую реакцию катализирует отдельный фермент. Группы таких ферментов составляют своего рода биохимический конвейер.
Каждый фермент представляет собой своеобразную молекулярную машину. Благодаря определённой пространственной структуре белка и определённому расположению аминокислот в нём фермент узнаёт свой субстрат, присоединяет его и ускоряет его превращения. Однако этим не исчерпываются свойства фермента. В молекулах многих ферментов есть участки, которые узнают ещё и конечный продукт, сходящий с биохимического конвейера. Если такого продукта слишком много, то он тормозит активность самого начального фермента, и, наоборот, если продукта мало, то фермент активируется. Так регулируется множество биохимических процессов. Это обратные связи, которые лежат в основе механизма саморегуляции.
Многие ферментативные реакции протекают при участии коферментов. Так называют небольшие органические молекулы, которые выходят из реакции в изменённом виде (в отличие от ферментов), но способны вернуться в изначальное состояние через сопряжённые реакции. В состав некоторых коферментов входят витамины. Витаминами называют вещества, которые не могут быть синтезированы в организме данного вида и должны поступать извне (в микроколичествах). Например, витамин В1 человек получает из печени и чёрного хлеба, а витамин С (аскорбиновую кислоту) — из фруктов и овощей. А для большинства животных аскорбиновая кислота витамином не является, так как производится в организме.
РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ.
Известно, что у животных и растений в специальных клетках синтезируются регуляторы физиологических процессов — гормоны. Многие гормоны — белки. К ним, например, относятся все гормоны, образующиеся в гипоталамусе и в гипофизе. Это гормон роста, адренокортикотропный гормон (АКТГ), тиреотропный гормон (ТТГ) и другие гормоны гипофиза, а также либерины и статины гипоталамуса, усиливающие или подавляющие синтез и выход в кровь гормонов гипофиза. В гипоталамусе вырабатывается также вазопрессин, обеспечивающий постоянство артериального давления и уровня солей в жидких средах организма.
Успехи искусственного синтеза белков и особенно успехи в области генной инженерии привели к тому, что многие гормоны производят в больших количествах как исключительно важные лекарственные средства. Так, налажен биотехнологический синтез гормона роста — соматотропина. Применение этого гормона в лечении детей, у которых задержан рост из-за нарушения работы гипофиза, обеспечивает их нормальное развитие. Без такого лечения они остались бы низкорослыми.
(Биотехнологией называют совокупность промышленных методов, использующих живые организмы и биологические процессы для производства различных продуктов. К этим методам относят микробиологический синтез, генную инженерию и культивирование животных и растительных клеток.)
Белками являются и гормоны, синтезирующиеся в специальных клетках поджелудочной железы, — инсулин и глюкагон. При дефиците инсулина у человека развивается сахарный диабет. Из-за недостатка этого гормона глюкоза из крови плохо поступает в клетки. Клетки человеческого тела при этом голодают, хотя в крови накапливается избыток глюкозы. Для лечения таких больных раньше использовали инсулин из поджелудочной железы быков. Поскольку бычий инсулин несколько отличается по первичной структуре от человеческого гормона, то не все больные его переносят. Синтез человеческого инсулина генно-инженерными методами открыл новый этап в лечении больных сахарным диабетом.
Следует заметить, что не все гормоны — белки. Некоторые гормоны — производные аминокислот, например три– и тетрайодтиронин (гормоны щитовидной железы), адреналин, мелатонин и др. Известны гормоны — производные нуклеотидов и липидов.
Однако и белковые, и небелковые гормоны влияют на организм, главным образом изменяя активность определённых ферментов. При этом некоторые гормоны усиливают или подавляют активность готовых, уже существующих в клетке ферментов, например, путём фосфорилирования — присоединения к ним остатков фосфорной кислоты. Присоединение каких–либо химических групп к белку, как правило, меняет его конформацию. В результате этого активность одних ферментов повышается, а других падает. Некоторые гормоны усиливают синтез тех или иных ферментов в клетке. Так, инсулин активирует в клетках печени ферменты, синтезирующие из глюкозы полисахарид гликоген. А глюкагон, тоже образующийся в поджелудочной железе, наоборот, активирует расщепление гликогена, запуская в клетках печени работу последовательной цепи ферментативных реакций.
Под действием гормонов изменяется скорость биохимических реакций, и таким способом регулируются многие физиологические процессы.
Известна большая группа белковых факторов роста, которые активируют ферменты синтеза ДНК в клетках и, как следствие, ускоряют деление клеток. Это важно для восстановления тканей при их повреждении во время ранений и после операций. Но избыточный синтез факторов роста может приводить к слишком интенсивному делению клеток и возникновению злокачественных опухолей. Это происходит нередко из-за изменений в структуре генов, ответственных за факторы роста, под действием повышенной радиации, некоторых вредных промышленных выбросов и других причин или вследствие изменений в структуре молекул, узнающих фактор роста или реагирующих на него.
К белкам с регуляторной функцией можно отнести также белки-рецепторы. Это мембранные (часто связанные с олиго– или полисахаридами) или внутриклеточные белки, которые воспринимают сигналы и передают их клетке. Такими сигналами могут быть гормоны, запахи, свет и т. д.
Сигнальные молекулы — лиганды и рецептор подходят друг к другу, как ключ к замку. Связывание с молекулой лиганда изменяет конформацию рецептора, что запускает каскад биохимических реакций, т. е. осуществляется реагирование на стимул.
Большая группа белков регулирует активность генов. Их называют транскрипционными факторами. К ним относят белки-активаторы и белки-репрессоры процесса транскрипции.
БЕЛКИ-ПЕРЕНОСЧИКИ.
В плазме крови, в клеточных мембранах, в цитоплазме и ядрах клеток есть различные транспортные белки. Примером транспортного белка плазмы крови может служить трансферрин, переносящий ионы железа. Находящийся в эритроцитах гемоглобин переносит кислород и углекислый газ. В крови имеются также белки-переносчики, которые узнают и связывают определённые гормоны и несут их к так называемым клеткам-мишеням. Клетки–мишени оснащены мембранными рецепторами, узнающими эти гормоны.
В наружных клеточных мембранах белки–переносчики, называемые пермеазами, обеспечивают активный и строго избирательный транспорт внутрь и наружу клетки сахаров, аминокислот, различных ионов.
БЕЛКИ — СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОРГАНИЗМА.
Во внешней среде имеется множество бактерий и вирусов, способных повреждать живые клетки и размножаться за их счёт, вызывая тяжёлые заболевания. Если бы организм человека не располагал естественными средствами защиты от болезнетворных микроорганизмов, то человечество прекратило бы своё существование. Такая печальная судьба могла бы постичь и большинство других видов. К счастью, все клетки и организмы имеют свои защитные системы. Однако эти системы не всегда справляются с бактериями и вирусами, и тогда организм заболевает.
У человека и позвоночных животных одна из главных защитных систем — иммунная. Один из способов иммунной защиты связан с выработкой некоторыми лимфоцитами белков-иммуноглобулинов (антител) в ответ на появление в организме антигенов. Антигенами являются чужеродные белки и иные биополимеры (полисахариды, полинуклеотиды) и их комплексы, находящиеся в жидких средах организма или в составе бактерий и вирусов. Иммуноглобулины чрезвычайно разнообразны. Какой бы антиген ни попал в организм, всегда найдётся иммуноглобулин, подходящий к нему, как ключ к замку. Взаимодействуя с чужеродными веществами или вирусами, антитела, находящиеся в крови, «склеивают» антигены и образуют нерастворимые сеточки — преципитаты, поглощаемые фагоцитами (рис. 11).
Чтобы предупредить инфекционные заболевания, людям и животным вводят вакцины, содержащие ослабленные или убитые бактерии либо вирусы. Вакцинация не вызывает болезни, но стимулирует синтез специфических антител. Если через некоторое время болезнетворная неослабленная бактерия или вирус попадают в организм, они встречают прочный защитный барьер из антител. Миллионы человеческих жизней спасены вакцинацией против оспы, бешенства, полиомиелита, жёлтой лихорадки и других болезней.
В клетках человека и животных синтезируются также специальные противовирусные белки — интерфероны. Синтез таких белков начинается после встречи клетки с вирусной нуклеиновой кислотой. Интерферон через систему посредников активирует в клетке фермент, расщепляющий вирусные нуклеиновые кислоты, и включает синтез фермента, блокирующего аппарат синтеза вирусных белков.
Растения в ответ на атаку болезнетворных микроорганизмов (патогенов) также синтезируют ряд защитных белков. Это ферменты, которые катализируют синтез сложных защитных соединений — флавоноидов, терпенов, алкалоидов. Это также ферменты, разрушающие наружные покровы патогенов, и ферменты, катализирующие синтез веществ, которые делают более прочными наружные покровы самих растений.
БЕЛКИ — ТРАНСФОРМАТОРЫ ЭНЕРГИИ.
В процессе жизнедеятельности энергия химических связей может трансформироваться в механическую, электрическую, энергию света. Так, специальные сократительные белки (актины, миозины и др.), трансформирующие энергию химических связей в механическую, обеспечивают двигательную функцию. Эти белки участвуют во всех движениях, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у многоклеточных животных и т. д.
Белок сетчатки глаза родопсин преобразует световую энергию в электрическую энергию нервного импульса. У некоторых рыб (электрические скаты, угри) специальные мембранные белки особых клеток преобразуют химическую энергию молекул АТФ в электрическую. Накопленное в «аккумуляторах» электричество может генерировать разряд напряжением до 650 В. У некоторых морских животных и бактерий имеются светящиеся белки, трансформирующие химическую энергию в световую.
СТРУКТУРНАЯ ФУНКЦИЯ.
Белки входят в состав всех мембранных и немембранных органелл клетки, а также участвуют в образовании некоторых внеклеточных структур. Белки — главная структурная часть опорных и покровных тканей животных. Так, фибриллярный белок коллаген составляет основную массу кожи, сухожилий и костей млекопитающих. По прочности коллагеновые фибриллы превосходят стальную проволоку равного поперечного сечения. В отличие от нерастяжимого коллагена белок эластин, входящий в состав связок и стенок сосудов, способен растягиваться и возвращаться к исходной длине при снятии нагрузки. Коллаген и эластин синтезируются в специализированных клетках соединительной ткани — фибробластах и хондроцитах. В клетках эпидермиса образуется a-кератин — фибриллярный белок, из которого формируются защитные покровы позвоночных: пух, перья, волосы, иглы и др.
БУФЕРНАЯ ФУНКЦИЯ.
Любой белок является амфотерным полиэлектролитом, т. е. полимером, несущим множество кислотных и основных групп и способным превращаться в полиион. В силу этого белки способны стабилизировать pH в разных отсеках клетки, обеспечивая условия для одновременного протекания разнообразных ферментативных реакций.
ПИТАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ
заключается в поставке незаменимых аминокислот. Такие аминокислоты не могут быть синтезированы в организме и должны поступать с пищей. Для каждого вида животных и грибов свой набор незаменимых аминокислот. У человека их восемь.
Тесно связана с питательной функция запасания аминокислот для развития зародыша или вскармливания младенцев. Овальбумин (белок куриного яйца), глиадин (белок зёрен пшеницы) расщепляются клетками зародыша до аминокислот, из которых строятся его собственные белки. Казеин, содержащийся в молоке, необходим для полноценного питания детёнышей млекопитающих.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ.
Белки служат одним из источников энергии в клетке. При окислении 1 г белка до конечных продуктов выделяется около 17 кДж. Однако белки используются как источник энергии, только когда недостаточно иных источников, таких как углеводы и жиры.
Вопросы и упражнения
Это конспект по биологии (углубленное изучение) для 10-класса по теме «Биологические функции белков» (УМК Высоцкая, Дымшиц, Рувинский и др). Выберите дальнейшее действие: