Раздел 3. Нуклеозиды и нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты. Матричные биосинтезы

ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ В ДАННОЙ ТЕМЕ?

Основные термины и понятия

Составные части мононуклеотида (азотистое основание, сахар пентоза, фосфат)

Нуклеозид

Нуклеотид

Нуклеиновые кислоты

Денатурация ДНК

Нуклеопротеины

ДНК

РНК

Аденин

Гуанин

Цитозин

Тимин

Урацил

Рибоза

Дезоксирибоза

Репликация

Транскрипция

Трансляция

Иметь представление о/об (знать)

О строении важнейших сложных белков (гемоглобин и миоглобин)

О характере связи между рибозой (дезоксирибозой) и азотистым основанием в нуклеозидах

О характере связи между мононуклеотидами в составе нуклеиновых кислот

Об уровнях структурной организации нуклеиновых кислот

О типах нуклеиновых кислот

Строении т-РНК, и-РНК, ДНК

О методах разделения и анализа нуклеиновых кислот

О принципах и условиях матричных биосинтезов

Уметь составлять формулы

нуклеозидов и нуклеотидов, анализировать их состав и заряд

ПЕРЕЧЕНЬ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ЗАДАНИЕ 1

Какой термин соответствует представленному понятию:

а) Соединение, в котором пуриновое или пиримидиновое основание связано с рибозой или дезоксирибозой – …

б) Группа органических соединений, у которых гидроксильный остаток пентозы в составе нуклеозида этерифицирован одной или несколькими фосфатными группами – …

в) Процесс, сворачивания полипептидной цепи в уникальную трехмерную пространственную структуру – …

г) Видоизмененные азотистые основания, отличающиеся по строению от аденина, гуанина, урацила и тимина – …

ЗАДАНИЕ 2

На представленных рисунках найдите структуру, соответствующую пурину и структуру, соответствующую пиримидину. Какой из этих гетероциклов является конденсированным и состоит из двух частей – пиримидина и имидазола? Подпишите составные части гетероциклов.

Назовите известные вам природные соединения производные пиримидина и пурина.

ЗАДАНИЕ 3

Известно, что чай и кофе содержат алкалоиды пуринового ряда. Проанализируйте формулы пуриновых алкалоидов. Выделите в этих формулах гетероциклическую часть.

ЗАДАНИЕ 4

В вашем распоряжении имеются формулы следующих веществ:

Используя представленные структурные компоненты, составьте химические формулы:

а) двух любых нуклеозидов

б) двух любых нуклеотидов

ЗАДАНИЕ 5

Дайте характеристику двум соединениям, формулы которых приведены ниже:

а) Название первого соединения _____________

название второго __________________________

б) Общее число нуклеотидов на рисунке__

Общее число дезоксисахаров на рисунке__названия сахаров:

Общее число моль пуриновых соединений на рисунке __, из них аденина ___

б) Суммарный заряд первого соединения___

в) Число водородных связей, образуемых первым соединением в составе ДНК___

ЗАДАНИЕ 6

Дайте характеристику двум соединениям, формулы которых приведены ниже:

а) Название первого соединения _____________

название второго __________________________

б) Число сложноэфирных связей в первом соединении__

Число моль рибозы двух соединении__

Число моль гуанина в двух соединениях __

б) Суммарный заряд первого соединения___

в) Число водородных связей, образуемых вторым соединением в составе ДНК___

ЗАДАНИЕ 7

4.1. Дайте название соединениям, формулы которых приведены ниже:______________________

Укажите, являются ли эти соединения:

□ нуклеотидом □ нуклеозидом □ азотистым основанием

Стрелками укажите на формулах N-гликозидную связь и сложноэфирную связи

Укажите на формулах атомы, которые образуют водородные связи с комплементарным азотистым основанием (обведите конкретные атомы).

ЗАДАНИЕ 8

Дайте характеристику двум соединениям, представленным выше, выбрав верные утверждения:

ЗАДАНИЕ 9

Дайте характеристику пары веществ, заполнив колонку с ответами:

ЗАДАНИЕ 10

Подпишите названия азотистых оснований, входящих в структуру:

Укажите, какое их них – пуриновое, а какое – пиримидиновое:

На рисунке выделите 3’,5’– фосфодиэфирную связь.

Может ли данное соединение быть фрагментом тРНК? Обоснуйте свой ответ.

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 11

В арсенале современных лекарственных средств используется препарат, формула которого представлена выше. Это средство зарегистрировано под торговым наименованием Кладрибин. Какие особенности структуры вы заметили у данного препарата? Предположите биологические свойства этого вещества.

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 12

В медицине используется препарат Инозин (рибоксин) как предшественник адениловых и гуаниловых нуклеотидов.

Что такое нуклеотиды? Опишите состав и биологическую роль аденозина и гуанозина в организме. Подпишите составные компоненты инозина. На основе структуры инозина объясните, почему это препарат является предшественником АТФ. Опишите предполагаемый механизм образования АТФ из инозина.

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 13

Перед вами представлена формула оротовой кислоты, калиевая соль которой используется в медицине под названием «Калия оротат». Это вещество является предшественником пиримидиновых азотистых оснований.

Как вы объясните причину использования данного препарата при ишемической болезни сердца?

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 14

Перед вами представлена формула основного компонента препарата «Изопринозин»

Это синтетическое комплексное производное пурина, обладающее иммуностимулирующей активностью и неспецифическим противовирусным действием.

Какие химические компоненты входят в состав данной структуры? Как вы объясните противовирусный эффект данного вещества?

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 15*

Аналоги нуклеозидов – это группа лекарственных средств, проявляющих активность в отношении генома вирусов, поскольку они предотвращают репликацию вируса в инфицированных клетках. Наиболее часто используется препарат Ацикловир. Как вы объясните механизм действия такого препарата основе его химической структуры? Предположите механизм действия ацикловира.

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 16

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 17

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 18

Ниже представлены две последовательности мРНК:

5’ ЦУУЦЦУААУАГУАГАГУЦ 3’

5’ ЦУЦЦЦАААЦАГЦАГГГУА 3

а) Запишите аминокислотные последовательности, закодированные в данных фрагментах мРНК;

б) Запишите структурную формулу второй аминокислоты в структуре первого пептида.

Таблица «Генетический код»

ЗАДАНИЕ 19

Фрагмент смысловой цепи ДНК имеет следующую нуклеотидную последовательность: 5’АТТГЦЦЦАТАТГГТАТГА 3’

а) Запишите вторую цепь ДНК.

Запишите последовательность нуклеотидов мРНК, синтезируемой на данном фрагменте молекулы ДНК

б) Какая аминокислота закодирована третьим кодоном? Запишите ее структурную формулу и укажите ее классификацию по характеру бокового заместителя?

ЗАДАНИЕ 20

Фрагмент кодирующей (смысловой) цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: 5 ГЦАЦААТТГАГГЦЦЦАГТТААГТА 3.

а) Напишите полную аминокислотную последовательность, которая закодирована в указанном фрагменте ДНК

б) Какая аминокислота закодирована четвертым кодоном в структуре м-РНК? Запишите ее структурную формулу и дайте ее классификацию по характеру бокового заместителя?

ЗАДАНИЕ 21

Исследователь биохимической лаборатории выделил следующий фрагмент молекулы мРНК:

5 ГЦГАУУГГГЦГААААЦЦГ 3

а) Запишите аминокислотные последовательности, закодированные в данных фрагментах мРНК;

Запишите антисмысловую (транскрибируемую) и смысловую (кодирующую) цепи ДНК.

б) Какой суммарный заряд имеет этот пептид при рН 7,2, 2,3 и 12,5

Пояснение:

Раздел 4. Сложные белки

ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ В ДАННОЙ ТЕМЕ?

Основные термины и понятия

Простые белки

Сложные (конъюгированные белки)

Гем

Флавины

Гемоглобин

Миоглобин

Молекулярная масса

Амфотерность

Растворимость

Онкотическое давление

Лиганд

Сродство к лиганду

Знать

Классификацию и особенности строения сложных белков

Примеры сложных белков в каждой группе

Фосфопротеины: определение, функции, выполняемые в биосистемах

Липопротеины: определение, функции, выполняемые в биосистемах

Хромопротеины: определение, функции, выполняемые в биосистемах

Нуклеопротеины: определение, функции, выполняемые в биосистемах

Металлопротеины: определение, функции, выполняемые в биосистемах

Гликопротеины: определение, функции, выполняемые в биосистемах

Серповидно-клеточную анемию

Талассемии

Уметь анализировать формулы

Гема

Миоглобина

Гемоглобина

ПЕРЕЧЕНЬ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ЗАДАНИЕ 1

Заполните недостающие фрагменты таблицы «Металлопротеины», иллюстрирующей состав и функции сложных белков.

ЗАДАНИЕ 2

На рисунке представлена схема строения сложного белка – гемоглобина взрослого человека (HbA).

Покажите, как выглядит график зависимости насыщения кислородом этого белка.

Подпишите оси X (степень насыщения белка кислородом, %), Y (Парциальное давление газа, мм рт. ст).

В той же системе координат покажите зависимость насыщения кислородом двух сложных белков – миоглобина (Mb), фетального гемоглобина (HbF). Какова способность всех трех белков к насыщению кислородом?

ЗАДАНИЕ 3

На рисунке представлены графики зависимости насыщения гемоглобина кислородом в разных условиях.

На графике укажите кривую, соответствующую кривой насыщения гемоглобина кислородом при уменьшении концентрации CO₂. Объясните ответ.

Объясните эффект Бора в связывания гемоглобина с кислородом.

На графике укажите кривую, соответствующую кривой насыщения гемоглобина кислородом в отсутствии 2,3-бисфосфоглицерата. Объясните ответ.

Опишите биологическую роль 2,3-бисфосфоглицерата в регуляции связывания гемоглобина с кислородом.

ЗАДАНИЕ 4

Сила, с которой кислород связывается с гемоглобином, зависит сразу от нескольких факторов. Эти факторы сдвигают или изменяют форму кривой диссоциации оксигемоглобина. Сдвиг вправо указывает на то, что исследуемый гемоглобин имеет пониженное сродство к кислороду. Это затрудняет связывание гемоглобина с кислородом (для достижения того же насыщения кислородом требуется более высокое парциальное давление кислорода), но облегчает выделение гемоглобином связанного с ним кислорода.

Заполните недостающие параметры в таблице, описывающей графики зависимости насыщения гемоглобина кислородом в разных условиях.

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 5

Серповидноклеточная анемия (рисунок картины крови ниже) – наследственная гемоглобинопатия, связанная с таким нарушением строения белка гемоглобина, при котором он приобретает особое кристаллическое строение. Форма гемоглобина больных – так называемый гемоглобин S.

Каковы биологические и физико-химические свойства гемоглобина в норме и что меняется при патологии? Дайте объяснение на основе схемы ниже:

Пояснение:

ЗАДАНИЕ 6

Талассемия (рисунок картины крови ниже) – генетическое заболевание, возникает при повреждении генов гемоглобина и тяжесть заболевания зависит от глубины поломки генов. При талассемии наблюдаются характерные изменения в клиническом анализе крови. Резко снижены количество эритроцитов, уровень гемоглобина (при тяжелых формах – иногда до 20–30 г/л) и цветовой показатель. Эритроциты крови уменьшенного размера, зачастую необычного вида – так называемые «мишеневидные».

Какова структура глобиновых цепей гемоглобина в норме? Опишите их.

На рисунке подпишите составные части гемоглобина:

ЗАДАНИЕ 7

В таблице представлены характеристики трёх белков.

В чем вы видите отличия между ними? Предложите методы, которые можно использовать для разделения этих белков. Дайте обоснование своему выбору.

Опишите особенности структуры и биологические функции каждого из представленных белков.

Решение:

ЗАДАНИЕ 8

Подпишите составные части гема. Найдите структуры пиррола, метиленовые мостики и остатки пропионовой кислоты.

Что является полярной частью молекулы?

Какова роль железа в этой структуре?

Назовите гемовые белки в организме человека.

ЗАДАНИЕ 9

Известно, что к металлопорфиринам относятся ферменты, принадлежащие к семейству цитохромов Р-450 (рис. ниже). Эти ферменты и существует в различных биообъектах (в растениях, бактериях и млекопитающих). Ферменты Р-450 играют ключевую роль в окислительной трансформации эндогенных и экзогенных молекул, а их активный центр содержит протопорфирин железа(III)-IX, ковалентно связанный с белком атомом серы проксимального цистеинового лиганда.