Для проведення лабораторного заняття

Заняття №1

Тема: Вступ. Система біологічних наук. Завдання сучасної біології. Рівні організації життя.

Мета: вивчити основні ознаки живого організму; основні методи біологічних досліджень.

Література: л.1.Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11 кл.серед. загальноосвіт. шк.) / М.Є Кучеренко та інш. – К.: Ґенеза, 2000.-464с.; с.6-10.

л.2. Тагліна О.В. Біологія. 10 кл. (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч. для загальноосв. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256с.: іл.§1-3

План

1. Історія розвитку біології.

2. Розвиток біології як науки.

- «віталістичний» принцип дослідження та «редукціонізм;

3. Ознаки живих організмів.

- харчування;

- дихання;

- виділення;

- розмноження;

- ріст і розмноження;

- адаптація і розвиток;

4. Рівні організації живої матерії.

5. Методи біологічних досліджень:

-порівняльно-описовий;

- експериментальний;

- польові експерименти;

- моніторинг;

- моделювання;

-статистичний.

1. Біологія – це сукупність наук про істоти, їхню будову, процеси життєдіяльності, взаємозв’язки між собою та умовами навколишнього середовища, закономірності розповсюдження по земній кулі, походження, історичний розвиток.

Історію біології можна розділити на кілька етапів. Першим етапом можна вважати період до появи землеробства та скотарства. У цей час відбувалося накопичення знань про саму людину, тварин і рослини. Потреба допомогти своїм товаришам у разі травм і хвороб поклала початок розвитку медицини. Полюючи на тварин, люди дізналися про особливості їх будови, розвитку, поведінки. Використовуючи рослини для їжі та в господарських цілях, вони отримали перші знання про лікарські рослини, та біотехнологічні процеси.

Перехід до землеробства і скотарства сприяв виходу на новий ступінь розвитку біології.

Перехід на новий тип харчування та великі скупчення людей викликали поширення хвороб, що примусило розвивати медицину. Постійна турбота про підвищення врожайності культурних рослин і продуктивності тварин призвела до появи перших прийомів і технологій селекції. Фактично основи сучасної біологічної науки закладалися саме в часи Давньої Греції. З цього періоду нам уже відомі перші вчені, які працювали в галузі біології. Ми можемо назвати Аристотеля, який описав багатьох тварин і спробував систематизувати живі організми, Теофраста, який вважається «батьком» сучасної ботаніки, і Галена – видатного римського лікаря.

У часи Середньовіччя розвиток біології загальмувався, і систематичне наукове дослідження природи почалося лише в епоху Відродження.

У XVII столітті з'являються мікроскопи, що дозволяє вивчати дрібні живі організми й деталі будови тканин. Серед визначних дослідників цього періоду слід відмітити Роберта Гука (відкрив клітини) та Антоні ван Левенгука (відкрив мікроорганізми).

У XVIIІ столітті Карл Лінней створює основи сучасної систематики. У той же час формуються порівняльні анатомія й фізіологія, закладаються основи ембріології та багатьої інших галузей біології.

У XIX столітті формуються перші еволюційні теорії (Ж. Б. Ламарк, Ч. Дарвін), клітинна теорія (М. Шлейден, Т. Шванн), теорія зародкової схожості (К, Бер). Луї Пастер доводить неможливість самозародження життя в сучасних умовах та розробляє технології створення вакцин. Д. Й. Івановський відкриває віруси, І. Павлов створює вчення про рефлекси й типи вищої нервової діяльності. Жорж Кювє та Річард Оуен закладають основи палеонтології. Відбувається бурхливий розвиток усіх біологічних дисциплін.

У XX столітті поява нових приладів і технологій спричинила формування нових і значний розвиток старих галузей біології. Електронний мікроскоп, люмінесцентна й фазово-контрастна мікроскопія дозволили докладно дослідити будову клітин і тканин. Досягнення генетики забезпечили успіхи селекції. Велике значення для розвитку біології мало створення сучасних методів математичної обробки наукових даних.

Серед видатних учених, які працювали в цей період, можна назвати Р. Фішека, М. Вавілова, О. Опаріна, Я. Флемінга, Дж. Вотсона, Ф. Кріка. Суттєвий внесок у розвиток біології зробили українські вчені. Серед них можна назвати І. Мечнікова (творець теорії імунітету), В. Вернадського(один з організаторів Академії наук України, засновник біогеохімії та вчення про біосферу та ноосферу), І. Шмальгаузена (виданий зоолог та еволюціоніст) і багатьох інших учених.

Термін «біологія» запропонував у 1802році французький вчений Ж.-Б.Ламарк. Виділяють два підхода при вивченні біології:

2. «Віталістичний» - за цим принципом «життя» розглядається як особливе і унікальне явище, яке не можна пояснити законами фізики та хімії.

«Редукціонизм» - це шлях пізнання від складного до простого. Редукціонізм приводить до пізнання елементарних форм існування матерії. Розвиток біології відбувався шляхом послідовного спрощення предмету дослідження. Так виникли численні біологічні науки: вірусологія, мікологія, ботаніка, зоологія, гістологія, анатомія, фізіологія, біохімія, систематика, палеонтологія, загальна біологія (вивчає закономірності, притаманні усім живим організмам, досліджує шляхи історичного розвитку біосфери, створює системи живих істот).

Завдання загальної біології: дати відповіді на питання:

- Що таке життя?

- Чим живе відрізняється від неживого?

- Які найзагальніші властивості притаманні всім живим істотам?

Людина й досі не може дати однозначної відповіді на багато наукових питань. Не повністю ще розуміють як виникли і як еволюціонували живі істоти. Все на що людина поки здатна це описувати ознаки живої матерії, які відрізняють її від неживої.

3. Ознаки живих організмів

1. Харчування. Їжа – це джерело енергії та речовин, всі живі істоти поділяються за засобом одержання їжі.

2. Дихання – процес звільнення енергії при розчепленні високо енергетичних сполук.

3. Дратівливість – всі живі істоти реагують на будь які подразники середовища

4. Рухомість – це зміна місця знаходження у тварин, рух окремих органів у рослин.

5. Розмноження – це процес забезпечення виду, чисельності живих істот.

6. Ріст – живі істоти ростуть за рахунок поживних речовин.

7. Виділення – виведення з організму кінцевих продуктів обміну речовин, токсичних сполук.

4. Рівні організації живої матерії

Жива матерія, як сукупність усього живого, має декілька рівнів організації: молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний, біосферний.

На молекулярному рівні відбуваються хімічні реакції та перетворення енергії в живих істотах, а також зберігаються, змінюється й реалізується спадкова інформація, закодована в молекулах нуклеїнових кислот.

На клітинному рівні в кожній клітині здійснюються процеси обміну речовин і перетворення енергії, забезпечуються процеси розмноження та передачі спадкової інформації нащадкам. Клітина є елементарною одиницею життєдіяльності та розвитку живої матерії.

Організми одного виду мають спільні риси будови і життєві функції. Вони об’єднані у групи – популяції, які займають певні частини території (ареалу), де поширений вид. популяції є не тільки елементарними одиницями виду, але й елементарними одиницями еволюції, оскільки в них відбуваються всі елементарні еволюційні процеси. Особливістю такого популяційно-видового рівня організації живої матерії є вільний обмін спадковою інформацією та передача її потомству у межах одного виду.

Популяції різних видів, які взаємодіють між собою, входять до складу багатовидових систем (біоценозів), які займають територію з подібними фізико-кліматичними умовами. Внаслідок взаємодії біоценозів з кліматичними та іншими небіологічними чинниками формуються біогеоценози. Для біогеоценотичного рівня організації характерне те, що в біоценозах відбувається потік енергії між популяціями різних видів, а також колообіг речовин між їхніми біотичною (живою) та абіотичною (неживою) частинами.

Окремі біогеоценози складають єдину біосферу – частину зовнішніх оболонок Землі, населену живими організмами. Біосферний рівень організації характеризуються біологічними колообігом речовин та єдиним потоком енергії, які забезпечують функціонування біосфери як єдиної цілісної системи.

5. Основні методи біологічних досліджень

Живу матерію на всіх рівнях організації досліджують різними методами, найголовнішими з яких є порівняльно-описовий, експериментальний, моніторинг, моделювання, математично-статистичний аналіз.

Порівняльно-описовий метод є найдавнішим. За його допомогою описують певні форми організмів чи явища. При цьому, щоб встановити своєрідність об’єкта досліджень, його порівнюють з іншими подібними об’єктами чи процесами.

Експериментальний метод полягає у зміні дослідником будови об’єктів досліджень чи певних умов їхнього існування і спостереження за наслідками цих змін. Експерименти бувають польові та лабораторні.

Моніторин г – це постійне спостереження за перебігом певних процесів в окремих екосистемах, біосфері в цілому чи за станом конкретних біологічних об’єктів. Він дає змогу визначати стан певних об’єктів, прогнозувати можливі зміни та їхні можливі наслідки.

Моделювання – це метод дослідження та демонстрації структур, функцій, процесів за допомогою їхньої спрощеної імітації.

Будь-який накопичений кількісний матеріал, одержаний у результаті спостережень, експериментів або моделювання, потребує статистичної (математичної) обробки. Вона необхідна для перевірки ступеня вірогідності одержаних результатів і правильного їх узагальнення.

Питання та завдання для самоконтролю знань

1. Які особливості мав розвиток біології в давньому світі?

2. Які методи досліджень використовує біологія?

3. Які основні властивості живого вам відомі?

4. Зробіть доповідь про внесок українських вчених в розвиток біології.

5. Заведіть словник біологічних термінів.

Заняття № 2

Тема. Елементний склад живих організмів. Неорганічні речовини:вода і мінеральні солі.

Мета: ознайомити учнів з особливостями хімічного складу живих організмів.

Література: л. 1 Загальна біологія: (підруч. Для учнів 10-11 кл серед. загальноосвіт.шк.) М. Є. Кучеренко, Ю.Г.Верес – К.: Генеза, 2000._ 464 с.: іл. §1.

л.2. Тагліна О.В. Біологія. 10 кл. (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч. для загальноосв. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256с.: іл. § 4-7.

ПЛАН

1. Елементи, які входять до складу живих організмів.

2. Значення води для існування життя.

3. Мінеральні солі.

1. Життя на планеті різноманітне: тварин налічується понад 2 млн. видів, рослин понад 500 тис. видів. Крім цього вони займають різні типи середови-ща: повітряне, водне, ґрунтове.

Біологічні науки вивчають живі організми, а розділ, який дає розуміння того як працюють біологічні системи, називається біохімія.

В земній корі зустрічається більше 100 хімічних елементів, але для життя необхідні лише 16 з них. Найбільш необхідніші з них чотири: водень, вуглець, кисень, азот. Їх називають органогенними елементами. На їх долю припадає

більше 99% як маси, так і кількості атомів, які входять до складу всіх живих організмів. Біологічне значення цих елементів пов’язано з їх валентністю: 1, 2, 3, 4, а також з їх здатністю утворювати більш міцні кова-лентні зв’язки ніж інші елементи з тією ж валентністю. Крім цих елементів, до складу живих організмів входять: фосфор, сірка, калій, хлор, кальцій, магній, натрій, залізо, йод, цинк, мідь, фтор - макроелементи.

Мікроелементи містяться в організмах від 0,001- 0,000001% маси тіла. Вони входять до складу ферментів, гормонів і ряду інших важливих сполук. Наприклад, йод входить до складу ферментів щитовидної залози, а ферум – до складу гемоглобіну.

Ультрамікроелементи також мають важливий вплив на організм. Їх маса становить менше 0,000001% маси тіла. До цієї групи входять срібло, золото, свинець, бром, тощо.

Проблеми, пов’язані з порушенням умісту елементів. Порушення вмісту елементів у живих організмах досить часто призводить до негативних для них наслідків. Причиною негативних наслідків може бути як нестача, так і надлишок елемента. Так, нестача йоду призводить у людини до порушення роботи щитовидної залози, а надлишок важких елементів (ртуті, свинцю) викликає важкі отруєння та та порушує роботу печінки та нирок. Настача феруму у людини викликає анемію, нестача фосфору підвищує ламкість кісток, а його надлишок викликає ураження нервової системи.

У рослин дефіцит натрію пригнічує їхній ріст, викликає пожовтіння й опадіння листя та зменшує врожайність. Дефіцит фосфору також викликає пригнічення росту і зміну забарвлення листків. Надлишок марганцю викликає пожовтіння листків, а надлишок бору призводить до відмирання країв листків. В таблиці 1 наведено вміст та значення основних хімічних елементів для організму.

Таблиця 1

2.Значення води.

Без води життя на планеті не могло б існувати. Вода для організмів має подвійне значення: це необхідний компонент клітин, а також ще й середо-вище існування багатьох організмів. Тому зупинимось на властивостях води.

Своїми особливими властивостями вода завдячує свої будові.

Властивості води пов’язані з головним чином з невеликими розмiрами молекул, з їх здатністю сполучатися одна з одною за допомогою водневих зв’язків, полярністю молекул. Під полярністю розуміють нерівномірне розподілення зарядів в молекулі. В молекулі води один кінець несе неве-ликий позитивний заряд, а інший – негативний. Таку молекулу називають диполем. Більш електронегативний атом кисню притягує електрони атомів водню. В результаті між молекулами води виникає електростатична взаємодія, і оскільки, протилежні заряди притягуються, молекули наче склеюються. Ці зв’язки слабші ніж іонні і ковалентні і називаються водневими зв’язками.

Коли вода перебуває у рідкому стані, її молекули безперервно рухаються і водневі зв’язки постійно то розриваються, то виникають знову. Ось чому вода становить собою не в’язку, а текучу рідину.

Біологічна роль води:

- Добрий розчинник полярних речовин. До них відносяться солі, які дисоціюють на іони, а також неіонні сполуки(цукрові речовини, прості спирти), молекули яких мають полярні групи.

- Вода виконує транспортну функцію: перенос поживних речовин по організму.

- Вода має велику теплоємкість це зводить до мінімуму температурні зміни, які відбуваються в ній. Завдяки цьому, біохімічні процеси відбуваються з постійною швидкістю.

- Вода – це середовище існування багатьох живих організмів.

- Велика теплота випаровування води. Це явище використовується у тварин при потовиділенні.

- Для води характерна велика теплота плавлення. Вода – єдина речовина, густина якої у рідкому стані більша ніж у твердому. Густина води від + 4 до 0 С понижується, тому крига у воді не тоне. Це важливо в умовах холодного клімату.

- Вода як реагент. Значення води визначається тим, що вона є одним з найнеобхіднішім метаболітом(як джерело водню при фотосинтезі, приймає участь в реакціях гідролізу.

- Вода визначає фізичні властивості клітин – їхній об’єм, внутрішньоклітинний тиск (тургор).

3. Неорганічні солі.

До складу клітин живих організмів входять деякі неорганічні солі. Для процесів життєдіяльності з катіонів, що входять до складу солей. найбільш важливі калій, натрій, кальцій, з аніонів – гідро фосфат-іон, дигідрофосфат-іон, хлорид-іон, гідрокарбонат-іон. Концентрація катіонів і аніонів у клітині й у її життєвому середовищі, як правило дуже різняться. Так, усередині клітини завжди досить висока концентрація іонів калію і дуже мала іонів натрію. Навпаки, в середовищі, яке оточує клітину, у плазмі крові, у морській воді – мало іонів калію і багато іонів натрію. Поки клітина жива, це співвідношення стійко тримається. Після смерті клітини вміст іонів у клітині і середовищі швидко вирівнюється. Різна концентрація іонів калію та натрію зовні й всередині клітини призводить до появи різниці електричних потенціалів на зовнішній та внутрішній поверхнях плазматичних мембран, що зумовлює передачу збудження по нервах або у м'язах, а також забезпечує транспорт речовин у клітину. Іони кальцію та магнію виконують регуляторну функці, активують багато ферментів. Сполуки кальцію та фосфору відкладаються у кістках, даючи їм міцності.

Іони в клітині мають важливе значення для її нормального функціонування, а також для підтримки всередині клітини сталої реакції. Незважаючи на те, що в процесі життєдіяльності безперервно утворюються кислоти і луги, у нормі реакція клітини слаболужна, майже нейтральна. Це забезпечують аніони слабких кислот(НСО3, НРО4) і слабкі кислоти (Н2СО3)

Неорганічні речовини містяться в клітині не тільки в розчиненому стані, а й твердому стані. Зокрема, міцність і твердість кісткової тканини забезпечуєть-ся фосфатом калію.

Загальний вміст неорганічних речовин у клітині варіює у межах від одного до кількох відсотків.

Заняття № 3

Тема: Органічні сполуки, які містяться у живих організмах. Вуглеводи, ліпіди, їх будова і функції.

Мета: Вивчити поняття «полімер» і «мономер», структуру і значення вуглеводів та ліпідів.

Література: л.1. Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвіт. шк.) М.Є.Кучеренко та інш. – К.: Генеза, 2000. §2,3

л.2. Тагліна О.В. Біологія. 10 кл. (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч. для загальноосв. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256с.: іл. § 8, 9

ПЛАН

1 Поняття «макромолекула», «полімер», «мономер».

2 Характеристика вуглеводів..

3 Моносахариди, полісахариди.

4 Ліпіди.

Хімічні властивості живих організмів значною мірою залежать від вуглецю, частка якого становить понад 50% їхньої сухої маси. Речовини, які мають ланцюги ковалентно з´єднаних між собою атомів карбону, називаються органічними сполуками.

1. Макромолекули – це велетенські молекули, які називаються полімерами. Молекула полімеру складається з мономерів. Мономери – це прості орга-нічні сполуки, які є складовими частинами полімерів.

Високомолекулярні органічні полімери називаються біополімерами. Існують три типа макромолекул: полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти. Мономерами для них відповідно служать моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди. Макромолекули складають біля 90% сухої маси клітини. Білки та нуклеїнові кислоти називаються інформаційними полімерами у яких спостерігається певна послідовність мономерів. Вуглеводи не є інформацій-ними полімерами, а ліпіди – взагалі не полімери, хоч і здатні об’єднуватися між собою у величезні надмолекулярні комплекси.

2. Вуглеводи - найпоширеніші сполуки, що беруть участь у побудові клітини та у процесах її життєдіяльності. У біосфері вуглеводів більше ніж усіх органічних сполук загалом. У рослинному світі на них припадає 80-90% всієї маси рослин. У тваринному організмі вміст вуглеводів становить близько 2% маси тіла, про те значення цих речовин надто велике.

Вуглеводи – продукти, які під впливом енергії сонячного світла утворю-ються в зелених рослинах з вуглекислого газу і води і дають початок іншім органічним сполукам живих організмів.

Вуглеводи поділяють на:

Моносахариди, Олігосахариди, полісахариди.

3. Моносахариди – це прості цукри –глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза. У молекулах моносахаридів може бути від трьох до 9 атомів карбону, але найпоширені 5- та 6-вуглецеві моносахариди.

Пентози мають 5 атомів карбону у складі молекул. Їх хімічна формула С5Н10О5 – наприклад рибоза. Рибоза приймає участь у синтезі нуклеїнових кислот, входить до складу РНК, а дезоксирибоза – до складу ДНК. Гексози – мають в своєму складі 6 атомів карбону,наприклад глюкоза, фруктоза, галактоза, маноза. Гексози служать джерелом енергії, яка звільняється при окисленні в процесі дихання. Також приймають участь в синтезі ди- і полісахаридів.

Олігосахариди – це вуглеводи, які мають від 2 до 10 ланок моносахаридів. Серед них найвідоміші лактоза(міститься у молоці), мальтоза(продукт часткового гідролізу крохмалю), цукроза.

Полісахариди - це вуглеводи, які мають більше 10 моносахаридних ланок. Ці сполуки відіграють роль резерву їжі та енергії й використовуються як будівельний матеріал. Полісахариди – це природні полімери глюкози. До них відносяться крохмаль і целю-лоза.

Крохмаль має формулу С6Н10О5, целюлоза також. Але ці речовини відрізняються формами глюкози, які входять до складу молекули. Крохмаль складається з альфа форми глюкози, а целюлоза з бета форми. Крохмаль є резервною поживною речовиною рослин.

Целюлоза – структурний полісахарид, що найчастіше трапляється у рослинному світі. На неї припадає 50% всього органічного вуглецю біосфери. Вона становить значну масу бавовняних тканин, паперу, деяких пластмас та вибухових речовин. Целюлоза найпоширеніша речовина на планеті.

Глікоген – головний енергетичний та вуглеводневий резерв людини і тварин. Особливо великий його вміст у печінці(10%), та м’язах (4%). Глікоген також є полімером глюкози. При нестачі кисню в організмі запаси глікогену утилізуються за анаеробним механізмом. Потреба у глікогені зростає при великих фізичних навантаженнях. Продуктом його метаболізму є молочна кислота.

Функції вуглеводів:

- Енергетична. Полісахариди та олігосахариди розщеплюються до моносахаридів з наступним окисненням до СО2 і Н2О. при повному розкладі 1 граму цих речовин вивільнюється 17,6 кДж енергії.

- Опорна. Целюлоза та інші полісахариди оболонок рослинних клітин не тільки захищають клітини від зовнішніх впливів, а й створюють міцний стовбур(стебло) рослини, його механічні та опорні тканини.

4. Ліпіди. Ліпіди, що входять до складу живих організмів, є різнорідною групою переважно низькомолекулярних сполук. Об’єднання їх в один клас речовин ґрунтується на здатності не розчинятися у воді та розчинятись в органічних розчинниках – ефірі, хлороформі, ацетоні. Багато ліпідів є амфіфільними сполуками, тобто мають у своєму складі як полярні так і неполярні групи. Ліпіди поділяються на прості та складні.

Прості ліпіди утворюються при взаємодії жирних кислот (карбонові кислоти, які мають від чотирьох до двадцяти чотирьох атомів Карбону) з гліцерином. Цю групу називають тригліцериди. Також до простих жирів відносять воски, які є продуктами взаємодії жирних кислот із одноатомними спиртами. Крім того, до групи простих ліпідів включають стероїди й терпени, які є похідними ізопренів і не містять жирних кислот.

Функції простих ліпідів

Складні ліпіди є комплексами простих ліпідів із білками, вуглеводнями або похідними ортофосфатної кислоти. До них відносять фосфоліпіди, гліколіпіди, ліпопротеїди.

Фосфоліпіди складають основу матриксу біологічних мембран. Фосфоліпіди взаємодіють з рядом білків-рецепторів і беруть участь у транспорті деяких речовин крізь мембрану.

Гліколіпіди мають важливу функцію - в мембранах клітин вони утворюють рецепторні структури.

Ліпопротеїди знаходяться в біологічних мембранах, мієлінових оболонках нервів, у плазмі крові.

Функції ліпідів:

- Енергетична. При повному розщепленні 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії. Також при цьому утворюються 1,1 г води.

- Будівельна. Ліпіди складають основу біологічних мембран, входять до складу нервових волокон.

- Захисна. Ліпіди захищають внутрішні органи від пошкоджень. Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині деяких тварин, жири виконують теплоізоляційну функцію.

- Регуляторна. Ліпіди утворюють важливі гормони, які регулюють життєдіяльність організмів.

Заняття №4

Тема. Нуклеїнові кислоти, білки, їх будова і функції.

Мета: ознайомити студентів з різноманіттям і функціями нуклеїнових кислот; звернути увагу на значення нуклеїнових кислот для життєдіяльності живих організмів; вивчити будову і функції білків.

Література: Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвіт. шк.) М.Є.Кучеренко та інш. – К.: Генеза, 2000. § 4,5

л.2. Тагліна О.В. Біологія. 10 кл. (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч. для загальноосв. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256с.: іл. § 10,12,13.

ПЛАН.

1. Будова білкових молекул, їх функції.

2. Типи нуклеїнових кислот, їх будова

3. Функції нуклеїнових кислот.

1. Білки – це високомолекулярні полімерні молекули, які складаються із залишків амінокислот. У білках амінокислоти з’єднані між собою за допомо-гою пептидного зв’язку, який виникає між карбоксильною групою однієї амінокислоти і аміногрупою іншої.

До складу білків входять20 різних амінокислот, які поділяються на дві групи: незамінні та замінні. Амінокислоти – це органічні сполуки, які входять до складу білків, тобто є мономерами білків. У клітинах і тканинах організму зустрічається більше 170 різних амінокислот. До складу білків входять лише 20 типів амінокислот.

Рослини синтезують всі необхідні їм амінокислоти з більш простих речовин. На відміну від них тварини не можуть синтезувати всі необхідні амінокисло-ти, тому вони мають одержувати їх з їжею. Амінокислоти, які не синтезують-ся в організмі, називаються незамінними (однак це не значить, що вони більш важливі за інші).

Молекули амінокислот мають в своєму складі аміногрупу, яка обумовлює лужні властивості, та кислотну групу, яка обумовлює кислотні властивості. Тому, маючи одночасно в складі молекули протилежні за властивостями групи, амінокислоти мають нейтральне середовище. Переважна більшість амінокислот це альфа аміно- кислоти. Амінокислоти – це безбарвні криста-лічні речовини, добре розчинні у воді.

При утворенні білків між амінокислотами виникають пептидні зв’язки, водневі зв’язки.

Білки мають складну структуру.

- Первинна структура – це кількість та послідовне сполучення амінокислот у поліпептидному ланцюзі. Амінокислоти з’єднуються між собою за рахунок пептидного зв’язку.

- Вторинна структура – це упорядковане просторове розташування окремих ланок ланцюга. Ця структура тримається за рахунок водневих зв’язків і має вигляд спіралі.

- Третинна структура –це спосіб розташування вторинної структури у просторі у вигляді глобули, яка утримується складноефірними зв´язками.

- Четвертинна структура – виникає внаслідок об’єднання окремих поліпептидних ланцюгів, які у сукупності становлять функціональну одиницю.

Під впливом різних чинників, які порушують вторинну, третинну, четвертинну структури білкової молекули зі збереженням первин-ної, білок втрачає свої фізико-хімічні властивості, головне біологічні властивості. Це явище називається денатурацією. При цьому розриваються зв’язки, що стабілізують вищі рівні структурної організації білкової молекули. Денатураційні чинники поділяються на фізичні та хімічні. До фізичних чинників належать температура, тиск, ультразвук, механічний вплив, іонізувальна радіація; до хімічних – кислоти, луги, спирт, ацетон, синтетичні миючі засоби, сечовина, важкі метали.

Тривалий час здавалося, що денатураційний агент припиняє свою дію, білок відновлює біологічну активність. Процес відновлення фізико-хімічних та біологічних властивостей білка називається ренатурацією. Якщо денатурований білок знову самоорганізується у вихідну структуру, то відновлюється і його біологічна активність (за умови, що первинна структура білка не була порушена).

Функції білків:

- Будівельна. Білки утворюють основу цитоплазми і входять до складу всіх клітинних органоїдів.

- Каталітична. Біологічні каталізатори називаються ферментами. Всі ферменти є білками, що каталізуються практично будь які біохімічні реакції.

- Рухова. Будь-які форми руху у живій природі здійснюються білковими структурами клітин.

- Транспортна. Транспорт кисню, вуглекислого газу, жирних кислот.

- Захисна. Найважливіші чинники імунітету – антитіла є білками, крім них колаген шкіри, кератин волосся.

- Регуляторна. Ряд гормонів(речовин-регуляторів) за своєю будовою належать до білків(інсулін).

- Запасна. Білки здатні накопичуватись як запасний матеріал для живлення організму, розвивається.

- Опорна. Сухожилля кістки скелета складаються з білків.

2. Крім білків до складу всіх без винятку живих організмів входять нуклеїнові кислоти. Вони є генетичним матеріалом будь-яких живих систем.

Нуклеїнові кислоти - складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди.

Нуклеотиди – це мономери, з яких складаються нуклеїнові кислоти. Молекула нуклеотида складається з трьох частин – цукру, азотистої основи, і фосфорної кислоти. Цукри мають 5 атомів карбону (пентози). Якщо це рибоза, то утворюються рибонуклеїнові кислоти, а якщо дезоксирибоза то –дезоксирибонуклеїнові кислоти.

Азотисті основи, які входять до складу нуклеїнових кислот, є похідними пурину(має 2 кільця) і піримідину (має 1 кільце). До пуринових сполук належать аденін(А) та гуанін(Г), до піримідинових цитозин (Ц), урацил(У), тимін(Т).

Молекули нуклеїнових кислот - найбільші з молекул живих організмів. Існують два типа цих кислот:

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК), що містить генетичну інформацію, у тому числі інформацію про послідовність амінокислот у білках.

Рибонуклеїнова кислота (РНК), яка бере участь у синтезі білків.

ДНК – належить роль зберігача спадкової інформації в усіх клітинах - тваринних і рослинних. Молекула ДНК являє собою дві спірально закручені одна навколо одної нитки. Ширина такої подвійної спіралі ДНК 2 нм, а довжина сотні тисяч нм. Кожна нитка ДНК – це полінуклеотид. Як розміщуються нитки ДНК коли утворюється подвійна спираль? У розміщенні нуклеотидів, які стикуються, є важлива закономірність, а саме: проти аденіну одного ланцюга завжди опиняється тимін на другому ланцюзі, а проти гуаніну одного ланцюга – завжди цитозін в іншому ланцюзі. При такому розміщенні досягається однакова по всій довжині відстань між ланцюгами, утворення між ланцюгами максимальної кількості водневих зв’язків. У кожному з цих поєднань обидва нуклеотида ніби доповнюють один одного.

З латинської «комплемент» - це доповнення, тому прийнято говорити що, Г є комплементарним до Ц, Т до А. На цьому базується принцип комплемен-тарності, тобто якщо відома послідовність нуклеотидів в одному ланцюзі, то можна визначити нуклеотиди другого ланцюжка.

ДНК міститься в ядрі клітини, а також у мітохондріях і хлоропластах. У ядрі ДНК входить до складу хромосом, де вона перебуває в сполуці з білками.

Принцип комплементарності, що лежить в основі структури ДНК, дає змогу зрозуміти, як синтезуються нові молекули ДНК. Подвійна спираль під дією ферменту дезоксирибонуклеази з одного кінця починає розкручуватися, і на кожному ланцюзі з вільних нуклеотидів клітини складається новий ланцюг. Складання нового ланцюга відповідає принципу комплементарності. Проти кожного А стає Т, проти Г – Ц. В результаті замість однієї молекули ДНК виникають дві молекули такого самого нуклеотидного складу як і початкова. Один ланцюг у кожній новоутвореній молекулі ДНК походить від початкової молекули, а другий синтезується заново.

РНК – полінуклеотид, який складається з одного ланцюга. Як і в ДНК, структура РНК створюється чергуванням чотирьох типів нуклеотидів. Але склад нуклеотидів трохи відрізняється: вуглевод – рибоза. Крім того, до РНК замість азотистої основи тиміну входить близька до неї за будовою основа урацил (У). У клітині є кілька видів РНК. Усі вони беруть участь у синтезі білка.

Перший вид – транспортні РНК (тРНК) – найменші за розмірами, вони зв’язують амінокислоти і транспортують їх до місця синтезу білка.

Другий вид – інформаційні РНК (іРНК) – розмірами вони у 10 разів більші ніж тРНК. Їх функція полягає в перенесенні інформації про структуру білка від ДНК до місця синтезу білка.

Третій вид – рибосомні РНК (рРНК) – мають найбільші розміри молекул і входять до складу рибосом і відповідають за просторове розміщення іРНК й тРНК на рибосомі.

Заняття № 5

Тема. Ферменти, вітаміни, гормони, їх роль у життєдіяльності організмів.

Мета: вивчити будову і функції ферментів, вітамінів, факторів росту.

Література: Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвіт. шк.) М.Є.Кучеренко та інш. – К.: Генеза, 2000. § 5

л.2. Тагліна О.В. Біологія. 10 кл. (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч. для загальноосв. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256с.: іл. § 11

План

1. Структура і властивості ферментів.

2. Характеристика вітамінів.

3. Гормони.

4. Фактори росту.

1. Ферменти - це біокаталізатори білкової природи. Ферментативні процеси виконують перетворення мономерів і біологічних полімерів. Всі ферментативні процеси відбуваються в живих організмах при фізіологічних температурах. Підвищення температури до 60-100° С зупиняє дію ферментів. Наука, яка вивчає властивості ферментів, називається ферментологією.

Відомо понад 2000 ферментів, які становлять собою прості чи складні білки. Складні білки - однокомпонентні, а складні – двокомпонентні. Прості ферменти складаються з амінокислот, а складні містять також небілкову частину. Небілкова частина ферментів може бути представлена або органічними речовинами, або катіонами чи аніонами. Специфічність ферменту визначає білковий компонент. Але активність складних ферментів проявляється лише тоді, коли білкова частина сполучається з небілковою. Білкова частина складного ферменту називається апоферментом, небілкова – коферментом. Каталітичну активність ферменту зумовлює не вся його молекула, лише її невелика ділянка – активний центр. Особливістю дії ферментів є те, що їхня активність проявляється лише за певних умов: температури, тиску, рН середовища. Ферментативні реакції перебігають у вигляді послідовних етапів (від кількох до десятків). Ферменти мають певне розташування як у межах окремої клітини, так і організму в цілому.

У клітинах ферменти локалізуються в певних її частинах, багато з них зв’язані із мембранами клітин або окремих органел (мітохондрій, пластид). Організми здатні регулювати біосинтез ферментів. Це дає змогу підтримувати відносно сталий їхній склад.

2. Вітаміни – це біологічно активні низькомолекулярні органічні речовини різноманітної будови, потрібні для життєдіяльності всіх живих організмів. Вони беруть участь в обміні речовин і перетворенні енергії переважно як компоненти ферментів. Добова потреба людини у вітамінах становить міліграми чи навіть мікрограми.

Відкрив вітаміни у 1880 році російський лікар М. І. Лунін, а сам термін, який означає «необхідний для життя амін», запропонував у 1912 році польський учений К. Функ.

Нині відомо близько 20 різних вітамінів. Їхнім основним джерелом для людини є продукти харчування переважно рослинного походження, але окремі із них містяться лише в тваринних організмах (наприклад, вітаміни А і Д).

Функції та джерела вітамінів

Якщо в організмі не вистачає вітамінів, розвивається захворювання гіповітаміноз, за їхньої повної відсутності – авітаміноз, а за надлишку – гіпервітаміноз.

Вітаміни мають різні фізико-хімічні властивості та зумовлюють різну фізіологічну дію на організми. вітаміни поділяють на дві групи залежно від того, розчиняються вони у воді або у жирах. До водорозчинних належать вітаміни групи В та вітамін С, а до жиророзчинних – вітаміни групи А, Д, К та вітамін Е.

3. Гормони – органічні сполуки, здатні включатися до циклу біохімічних реакцій і регулювати обмін речовин та енергії. Їх виробляють залози внутрішньої секреції та деякі нервові клітини. Характерними властивостями гормонів є:

1. Висока біологічна активність. Гормони діють на клітини, тканини та органи у дуже малих концентраціях. Під час секреції будь-якого гормону його концентрація у крові зростає у декілька сот разів і після закінчення його утворення швидко зменшується до вихідного рівня.

2. Висока специфічність. Гормони спричинюють тільки певні реакції клітин, тканин і органів. Розпізнають гормональні сигнали клітини-мішені, які мають специфічні молекули-рецептори.

3. Дистанційність дії. Гормони переносяться з плином крові далеко від місця їхнього утворення до клітин-мішеней. Вони впливають на відповідні чутливі саме до них клітини-мішені.

4. Відносно невеликий час існування в організмі – кілька хвилин чи годин. Як тільки необхідність у присутності гормону відпадає, він швидко втрачає активність під впливом певного ферменту.

Для підтримування життя нормальних клітин вищих організмів абсолютно необхідною є їх взаємодія з унікальною комбінацією специфічних факторів росту.

4. Факторами росту називають групу білкових молекул, що впливають на синтез ДНК у клітині, диференціювання клітин та їх поділ. Ефекти факторів росту, на відміну від гормонів, можуть тривати протягом кількох днів.

Вони зазвичай стимулюють поділ певних типів клітин. Фактори росту діють на свої клітини-мішені, що відрізняються від інших клітин характерними рецепторами.

Заняття № 6

Практична робота

Тема: «Розв’язання елементарних задач та вправ з молекулярної біології».

Мета: навчитися розв’язувати задачі з молекулярної біології.

Варіант 1

Методичні вказівки

Як біополімери білки характеризуються високою молекулярною масою (від 6000 до 1000 000 і більше). Середню атомну масу одного амінокислотного залишку приймають за 100-120 а.о.м.

Молекула ДНК складається з двох закручених спіральних ланцюгів, (по-лінуклеотидів). Полінуклеотиди зв’язані між собою водневими зв’язками, які зв’язують азотисті основи одного ланцюга з азотистими основами іншого ланцюга по принципу комплементарності. Це значить, що аденін одного ланцюга з’єднується з тиміном іншого ланцюга (А-Т) і навпаки (Т-А); Гуанін одного ланцюга з’єднується з цитозіном (Г-Ц) іншого і навпаки (Ц-Г). Відстань між двома сусідніми нуклеотидами ДНК, розміщеними в одному ланцюзі складає 0,34нм.

РНК, як і ДНК, є полімерами. До складу РНК входять такі залишки азотистих основ: аденін, гуанін, цитизін і урацил (У).

Варіант І

1. Визначте послідовність нуклеотидів фрагменту іРНК, якщо фрагмент відповідного ланцюга ДНК має склад:

…Ц-Г-Г-А-Ц-Т-Т-Г-А-А-Ц-Т…

2. Яка послідовність нуклеотидів фрагменту іРНК, на якій здійснюється синтез білкової фрагменту молекули такого складу:

… лей- асп – глі – фен …

3. Напишіть послідовність нуклеотидів другого ланцюга молекули ДНК, якщо один ланцюг має склад:

А-А-Т-Ц-Ц-Г-Г-Т-А-А-Г-Т-Ц-Т-Т-А-А-А…

4. В молекулі ДНК є 880 гуанілових нуклеотидів, які складаєть22% від загальної кількості нуклеотидів даної ДНК. Визначте скільки нуклеотидів кожного виду міститься у цій молекулі?

5. Скільки вільних нуклеотидів кожного виду необхідно для редуплікації молекули ДНК, до складу якої входить 600 тисяч аденілових і 2400 гуанілових нуклеотидів?

Варіант 2

1. Визначте послідовність нуклеотидів фрагменту ланцюга ДНК, якщо фрагмент другого ланцюга має такий склад:

…А-Г-Г-Т-А-А-Т-Г-Ц-Т-А…

2. Визначте послідовність амінокислот фрагмента білкової молекули, якщо відповідних ланцюг іРНК має склад:

…А-У-Г-Г-Г-Ц-А-Ц-У-А-А-Г…

3.У фрагменті молекули ДНК визначено 950 цитидилових нуклеотидів, що складає 20% від загальної кількості нуклеотидів в фрагменті. Скільки нуклеотидів кожного виду входить до складу даного фрагменту ДНК?

4. Частка цитидилових нуклеотидів складає 18%. Визначте процентний вміст інших нуклеотидів, які входять до молекули ДНК.

5. Молекула ДНК має відносну молекулярну масу 69 000 а.о.м., до її складу входять 8625 аденилових нуклеотидів. Відносна молекулярна маса одного нуклеотиду складає 345а.о.м. Скільки нуклеотидів кожного виду міститься в даній молекулі ДНК?

Заняття №7

Тема. Ферменти, вітаміни, гормони, їх роль у життєдіяльності організмів.

Мета: вивчити будову і функції ферментів, вітамінів, факторів росту.

Література: Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвіт. шк.) М.Є.Кучеренко та інш. – К.: Генеза, 2000. § 5

л.2. Тагліна О.В. Біологія. 10 кл. (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч. для загальноосв. навч. закл. – Х.: Вид-во «Ранок», 2010. – 256с.: іл. § 11

План

1. Структура і властивості ферментів.

2. Характеристика вітамінів.

3. Гормони.

4. Фактори росту.

1. Ферменти - це біокаталізатори білкової природи. Ферментативні процеси виконують перетворення мономерів і біологічних полімерів. Всі ферментативні процеси відбуваються в живих організмах при фізіологічних температурах. Підвищення температури до 60-100° С зупиняє дію ферментів. Наука, яка вивчає властивості ферментів, називається ферментологією.

Відомо понад 2000 ферментів, які становлять собою прості чи складні білки. Складні білки - однокомпонентні, а складні – двокомпонентні. Прості ферменти складаються з амінокислот, а складні містять також небілкову частину. Небілкова частина ферментів може бути представлена або органічними речовинами, або катіонами чи аніонами. Специфічність ферменту визначає білковий компонент. Але активність складних ферментів проявляється лише тоді, коли білкова частина сполучається з небілковою. Білкова частина складного ферменту називається апоферментом, небілкова – коферментом. Каталітичну активність ферменту зумовлює не вся його молекула, лише її невелика ділянка – активний центр. Особливістю дії ферментів є те, що їхня активність проявляється лише за певних умов: температури, тиску, рН середовища. Ферментативні реакції перебігають у вигляді послідовних етапів (від кількох до десятків). Ферменти мають певне розташування як у межах окремої клітини, так і організму в цілому.

У клітинах ферменти локалізуються в певних її частинах, багато з них зв’язані із мембранами клітин або окремих органел (мітохондрій, пластид). Організми здатні регулювати біосинтез ферментів. Це дає змогу підтримувати відносно сталий їхній склад.

2. Вітаміни – це біологічно активні низькомолекулярні органічні речовини різноманітної будови, потрібні для життєдіяльності всіх живих організмів. Вони беруть участь в обміні речовин і перетворенні енергії переважно як компоненти ферментів. Добова потреба людини у вітамінах становить міліграми чи навіть мікрограми.

Відкрив вітаміни у 1880 році російський лікар М. І. Лунін, а сам термін, який означає «необхідний для життя амін», запропонував у 1912 році польський учений К. Функ.

Нині відомо близько 20 різних вітамінів. Їхнім основним джерелом для людини є продукти харчування переважно рослинного походження, але окремі із них містяться лише в тваринних організмах (наприклад, вітаміни А і Д).

Функції та джерела вітамінів

Якщо в організмі не вистачає вітамінів, розвивається захворювання гіповітаміноз, за їхньої повної відсутності – авітаміноз, а за надлишку – гіпервітаміноз.

Вітаміни мають різні фізико-хімічні властивості та зумовлюють різну фізіологічну дію на організми. вітаміни поділяють на дві групи залежно від того, розчиняються вони у воді або у жирах. До водорозчинних належать вітаміни групи В та вітамін С, а до жиророзчинних – вітаміни групи А, Д, К та вітамін Е.

3. Гормони – органічні сполуки, здатні включатися до циклу біохімічних реакцій і регулювати обмін речовин та енергії. Їх виробляють залози внутрішньої секреції та деякі нервові клітини. Характерними властивостями гормонів є:

1. Висока біологічна активність. Гормони діють на клітини, тканини та органи у дуже малих концентраціях. Під час секреції будь-якого гормону його концентрація у крові зростає у декілька сот разів і після закінчення його утворення швидко зменшується до вихідного рівня.

2. Висока специфічність. Гормони спричинюють тільки певні реакції клітин, тканин і органів. Розпізнають гормональні сигнали клітини-мішені, які мають специфічні молекули-рецептори.

3. Дистанційність дії. Гормони переносяться з плином крові далеко від місця їхнього утворення до клітин-мішеней. Вони впливають на відповідні чутливі саме до них клітини-мішені.

4. Відносно невеликий час існування в організмі – кілька хвилин чи годин. Як тільки необхідність у присутності гормону відпадає, він швидко втрачає активність під впливом певного ферменту.

Для підтримування життя нормальних клітин вищих організмів абсолютно необхідною є їх взаємодія з унікальною комбінацією специфічних факторів росту.

4. Факторами росту називають групу білкових молекул, що впливають на синтез ДНК у клітині, диференціювання клітин та їх поділ. Ефекти факторів росту, на відміну від гормонів, можуть тривати протягом кількох днів.

Вони зазвичай стимулюють поділ певних типів клітин. Фактори росту діють на свої клітини-мішені, що відрізняються від інших клітин характерними рецепторами.

ЗАНЯТТЯ № 8

Міністерство аграрної політики та продовольства України

Ізмаїльський технікум механізації та електрифікації сільського господарства

«Затверджую»

Заступник директора з НР

___________

«___» ________ 2013 р.

Інструкційна карта

для проведення лабораторного заняття

з дисципліни «Біологія»

Тема заняття. Вивчення властивостей ферментів.

Викладач: Полякова М.Л.

Розглянуто та схвалено на засіданні циклової

Природничо-математичного циклу

Дисциплін

Протокол № ­­­­­­____від "_____" _______2013р.

Голова комісії _________

Мета: вивчити властивості ферментів та умови їхньої активності.

Після виконаної роботи студент повинен

Знати:

1. Визначення:ферменти, субстрат, активний центр, денатурація.

2. Характеристику умов, які впливають на активність ферментів.

3. Значення ферментів в живому організмі.

Вміти:

1. Визначати активність ферментів.

2. Робити висновки про каталітичну активність ферментів.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: