Чем обусловлено многообразие белков
Чем обусловлено разнообразие молекул белка? Какие связи и взаимодействия обеспечивают стабилизацию различных типов пространственной организации белка?
Белки – биологические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В ходе образования белка аминокислоты взаимодействуют между собой, образуя пептидные связи, в результате чего формируется длинная полипептидная цепь. Разнообразие белковых молекул обеспечивают следующие факторы:
2. Количество аминокислот
3. Последовательность соединения аминокислот
Белки или протеины (что в переводе с греческого означает первые или важнейшие ), количественно преобладают над всеми другими макромолекулами, присутствующими в живой клетке, и составляют более половины сухого веса большинства организмов. Белки служат теми инструментами, посредством которых генетическая информация получает свое реальное воплощение. В соответствии с тем, что в клеточном ядре содержатся тысячи генов, каждый из которых определяет какой-то один характерный признак живого организма, в клетке существуют тысячи белков и каждый из них выполняет специфическую функцию:
Актин является глобулярным белком с молекулярной массой 42 000. В таком виде его называют G-актином. Однако он обладает способностью полимеризоваться, образуя длинную структуру, называемую F-актином. В такой форме актин способен взаимодействовать с головкой миозина, причем важной чертой этого процесса является зависимость от присутствия АТФ. При достаточно высокой концентрации АТФ комплекс, образованный актином и миозином, разрушается. После того как под действием миозиновой АТФазы (фермент) произойдет гидролиз АТФ, комплекс снова восстанавливается. Этот процесс легко наблюдать в растворе, содержащем оба белка. В отсутствии АТФ в результате образования высокомолекулярного комплекса раствор становится вязким. При добавлении АТФ вязкость резко понижается в результате разрушения комплекса, а затем начинает постепенно восстанавливаться по мере гидролиза АТФ. Эти взаимодействия играют важную роль в процессе мышечного сокращения.
Антитела построены из четырех полипептидных цепей, связанных между собой дисульфидными мостиками.
Согласно современным представлениям, каждый тип иммуноглобулина вырабатывается группой В-лимфоцитов, произошедших от одного общего предшественника. Такую группу лимфоцитов называют клоном. Первые успехи в изучении строения иммуноглобулинов были связаны с изучением иммуноглобулинов, полученных от больных миеломой (патология, связанная со сверхпродукцией определенного вида иммуноглобулинов). У больных, от одного злокачественно разросшегося клона В-лимфоцитов, вырабатывается огромное количество индивидуального иммуноглобулина, который сравнительно легко отделить от остальных. Далее производили слияние клеток миеломы как носителей способности к неограниченному размножению с нормальными В-лимфоцитами как носителями программы выработки антител определенной, задаваемой экспериментатором специфичности. Получающиеся клетки, гибридомы сохраняют способность к неограниченному размножению и вырабатывают при этом только определенные антитела. Так как гибридомы происходят из одной слитой клетки, то они представляют собой единый клон; получающиеся из них антитела поэтому называют моноклональными антителами (МАТ).
энергетическая ценность белков составляет 17,6 кДж/г; суточная потребность в белке равна 80-100г
Многообразие функций белков
Вопрос 1. Чем объясняется многообразие функций белков?
Уникальные свойства белков заложены в колоссальном разнообразии пространственного строения их молекул. Это разнообразие белков определяется огромным числом возможных сочетаний аминокислотных остатков в длинных, состоящих, как правило, из нескольких сотен остатков, полипептидных цепях белков. Как известно, в состав белков может входить 20 видов аминокислот. Белки образуют различные соединения с различными веществами. Кроме того, белки могут иметь пространственную структуру молекулы. Установлено, что белки могут иметь различные размеры и форму. Многие белки содержат в своём составе такие металлы, как железо, цинк, медь и др. Все это способствует тому, что белки выполняют множество функций.
Вопрос 2. Какие функции белков вам известны?
1. Строительная (пластическая) функция. Белки являются непременным компонентом всех биологических мембран, составляют основу цитоскелета, входят в состав соединительных тканей, волосяного покрова, т.е. обеспечивают «строительную» функцию.
2. Ферментативная функция. Обладая, прежде всего, ярко выраженной каталитической способностью, они в качестве ферментов детерминируют интенсивность всех метаболических процессов в клетке и организме в целом. Белки служат ферментами, т. е. биологическими катализаторами. Примером может служить амилаза, расщепляющая крахмал до моносахаридов; пепсин, расщепляющий белки на пептиды.
3. Сократительная (двигательная) функция. Все виды движения, начиная с движений жгутиков бактерий и кончая движениями пальцев пианиста, обеспечиваются работой «белковых моторов» (сократительные белки). Сократительные свойства белков актина и миозина лежат в основе работы мышц.
4. Транспортная функция. Белки участвуют в транспорте молекул и ионов в пределах организма (гемоглобин переносит кислород из легких к органам и тканям, альбумин сыворотки крови участвует в транспорте жирных кислот).
5. Защитная функция. Она заключается в предохранении организма от повреждений и вторжения чужеродных белков и бактерий. Белки-антитела, вырабатываемые лимфоцитами, создают защиту организма от чужеродной инфекции, тромбин и фибрин участвуют в образовании тромба, тем самым, помогая организму избежать больших потерь крови.
6. Регуляторная функция. Белки-гормоны участвуют в регуляции активности клетки и всех жизненных процессов организма. Так, инсулин регулирует уровень сахара в крови и поддерживает его на определенном уровне.
7. Сигнальная функция. Белки формируют ионные каналы и осуществляют восприятие, трансформацию и передачу разнообразных внешних сигналов (белки-рецепторы).
8. Энергетическая функция. Она реализуется белками крайне редко. При полном расщеплении 1г белка способно выделиться 17,6кДж энергии. Однако белки для организма — очень ценное соединение. Поэтому расщепление белка происходит обычно до аминокислот, из которых строятся новые полипептидные цепочки. Они же осуществляют иммунологическую защиту от чужеродных соединений и патогенных микроорганизмов (защитные белки-иммуноглобулины).
Вопрос 3. Какую роль играют белки-гормоны?
Белки-гормоны контролирует физиологическую активность тканей и органов и всех жизненных процессов всего организма. Так, в организме человека соматотропин участвует в регуляции роста тела, инсулин поддерживает на постоянном уровне содержание глюкозы в крови.
Вопрос 4. Какую функцию выполняют белки-ферменты?
Белки-ферменты играют роль катализаторов, т. е. ускоряют химические реакции в сотни миллионов раз. Ферменты обладают строгой специфичностью по отношению к веществу, вступающему в реакцию. Каждая реакция катализируется своим ферментом.
Ответы на спорные тестовые задания (продолжение)
В этой статье я решил продолжить публиковать ответы на спорные задания, которые мне присылали учащиеся и репетиторы по биологии и на которые я отвечал в комментариях.
Вопросов накопилось не мало и комментарии нужно долго «перелистывать», а в статье они размещаются более компактно.
Как наиболее полно использовать для подготовки к сдаче ЕГЭ тесты, составленные по старому, я описывал в статье ранее. Поэтому самой хорошей базой для подготовки является Открытый банк заданий ФИПИ, включающий тесты КИМов за все прошлые годы сдачи ЕГЭ и ОГЭ (ГИА) в нашей стране.
Трудно сказать, какой ответ имели в виду авторы-составители этого теста, так как лишайники — это «симбиотические организмы состоящие из гриба и водоросли», которые «занимают промежуточное положение между царствами растений и грибов». На мой взгляд подходят оба эти ответа как совершенно равнозначные.
Правильный ответ 2) наличием в их составе аминокислот.
Правильный ответ, это ответ 3 — митоза. Мейоз и гаметогенез с последующим оплодотворением приводят к постоянству числа хромосом в организмах из поколения в поколение при половом размножении.
4. Какой фактор приведёт к разобщённости особей одного вида:
1) борьба за существование
2) дрейф генов
3) изоляция
4) мутация
Правильный ответ 3 — изоляция.
5. Половое размножение, в отличие от бесполого:
1) способствует появлению мутаций
2) повышению адаптаций к новым условиям жизни
3) закреплению признаков одного из родителей
4) быстрому росту численности особей.
6. В селекции животных для выведения чистой линии проводят индивидуальный отбор с учётом:
1) генотипа особи
2) плодовитости особи
3) условий содержания
4) модификационной изменчивости.
Если используется термин «чистая линия», то совершенно неважно какой объект избран для селекции. Термином чистая линия характеризуется только генотип организма, поэтому правильный ответ 1.
Хотя болевые рецепторы расположены в дерме, но они — часть нервной системы, а нервная система формируется из эктодермы. Значит равильный ответ 1.
В результате каких мутаций появляются ДНК с изменённой последовательностью групп генов:
1) генных
2) геномных
3) хромосомных
4) аутосомных
Если мутация произошла не в одном гене, а в приличном участке хромосомы (в группе генов), то название такой мутации — хромосомная. Ответ 3.
Правильный ответ 4 — путем искусственного мутагенеза.
Хотя комбинативная изменчивость, как и мутационная, относится к форме наследственной изменчивости, но по сути то она не обеспечивает появления новых признаков. Но даже, если бы в ответе 3) речь шла о мутационной изменчивости следовало бы выбрать все равно ответ 2). Поскольку речь идет об эволюции вида в целом, то пусть хоть какие бы полезные мутации не происходили в генотипе отдельной особи, пока она не размножится (то есть, пока она не передаст своих признаков потомкам) эти мутации никак не скажутся на эволюции вида.
10. Какова роль клеточной инженерии в селекции растений:
1) изменяет сроки размножения растений.
2) изменяет филогенез ценных сортов
3) ускоряет сроки выведения сортов
4) усиливает скорость роста организмов
Основная роль (прямая роль) клеточной инженерии в селекции растений — это конечно же ускорение сроков выведения новых сортов.То есть правильный ответ 3). Все остальные ответы в одинаковой степени подходят не только для результатов применения клеточной инженерии в селекции, но и для любых традиционных методов селекции.
1 — неверно, так как это приводит к конкуренции;
2 — неверно, это пример нейтральных отношений.
Здесь некая казуистика у составителей этого задания. Если под одомашниванием животных человеком иметь в виду процесс идущий с доисторических времен, то конечно правильный ответ только 2. Человек оставлял на племя таких животных, признаки которых удовлетворяли его. Гибридизация же с последующим отбором — это уже современный этап селекции, развитие которого стало возможным с появлением науки генетики. Я уже перестал «сердиться» на них. Все равно авторы вопросов великое дело делают — создали тысячи тестовых заданий. В таком огромном «море» тестов без изъянов не обойтись. Главное, чтобы на экзаменах все абитуриенты оказывались в равных условиях. Поэтому меня больше возмущает другое. Ведь как-то по неправильным тестам ежегодно получают примерно 150 человек по 100 баллов. Делаю вывод, как минимум 150 раз совершается продажа «правильных» ответов перед экзаменами.
13. Образование в биосфере отложений кальция связано с жизнедеятельностью:
1) членистоногих
2) хемосинтезирующих бактерий
3) коралловых полипов
4) синезелёных.
Ответы составлены совершенно некорректно. В отложении кальция в самые древние эпохи Земли могли быть задействованы только бактерии (и сине-зеленые в том числе). Но мы знаем (и это основное в школьных учебниках), что отложения известняков (а это и есть основные залежи кальция), достигающие сотен метров, — результат деятельности эукариотных многоклеточных форм жизни — водных организмов, формирующих свои скелеты из извести. Это в основном коралловые полипы и моллюски. Думаю, что у составителей этого задания правильный ответ 3.
14. Образование почвы в биосфере связано с:
1) выходом животных на сушу
2) освоением суши автотрофными организмами
3) накоплением ила в гидросфере
4) образованием озонового экрана
Ответ 2) — освоением суши автотрофными организмами.
15. Верхушки главных корней рассады капусты прищипывают с целью:
1) усиления роста боковых корней
2) увеличения длины корневых волосков
3) увеличения числа придаточных корней
4) повышения устойчивости растений к неблагоприятным условиям.
Ответ — 1. Ответ 3 — не подходит так как для увеличения числа придаточных корней используют окучивание (засыпание землей нижней части стебля).
16. Организмы в процессе жизнедеятельности постоянно изменяют среду своего обитания, что способствует 1) круговороту веществ 2) саморазвитию экосистем
3) размножению организмов
4) росту и развитию организмов
О круговороте веществ, связанном с деятельностью живых систем, есть смысл говорить только в пределах всей биосферы. Отвечая на вопрос об «организмах в процессе их жизнедеятельности» вряд ли стоит мыслить так глобально, а достаточно «опуститься» до уровня какого-либо сообщества организмов, обитатели которого «постоянно изменяют среду своего обитания», способствуя «2) саморазвитию экосистем» и постепенной смене одних сообществ другими.
17. В основе какой функции белка лежит способность их молекул изменять свою структуру:
1) энергетической
2) информационной
3) сократительной
4) запасающей
Следует обратить внимание на «способность молекул изменять свою структуру». Ответ 1) в принципе тоже подходит, но не только белки, а любые органические вещества, поступившие «в топку» энергетического обмена, расщепляются (что невозможно без изменения структуры). Если же полагать, что в вопросе речь идет об изменениях в специфических структурах только белка, то ответ 3) — сократительная функция миозина, например, и основывается на его конформационных изменениях.
18. Клевер красный. занимающий определённый ареал, представляет собой уровень организации живой природы:
1) Организменный
2) Биоценотический
3) Биосферный
4) Популяционно-видовой
19. Действие раздражителей вызывает возникновение нервного импульса в телах чувствительных нейронов или в рецепторах чувствительных нейронов?
Действие раздражителей вызывает возникновение нервного импульса («производство» электрического тока) в рецепторах чувствительных нейронов и лишь затем нервный сигнал передается по аксону чувствительного нейрона к его телу.
20. Роль полового отбора в природе. Улучшает генофонд популяции или способствует развитию видовых признаков?
Собственно видовые признаки поддерживаются половым размножением в ходе естественного отбора. Отталкиваясь же от термина «половой отбор», при котором самцы соревнуются за самку исходя из качества своего фенотипа (а значит и лучшего по сравнению с другими самцами своего генотипа), можно сделать вывод о происходящем при этом улучшении генофонда популяции.
Конечно термин «вакцина» — это и препарат, получаемый из самих ослабленных бактерий и вирусов, и препарат, получаемый из продуктов их жизнедеятельности (анатоксин). Например, для профилактики заболеваний столбняком, дифтерией, дизентерией, стафилококковой инфекцией применяют анатоксины. Поэтому в данном тесте вместо одного правильного ответа даны три ответа совершенно равнозначно правильные (все правильные кроме третьего ответа).
22. В благоприятных условиях бактерии размножаются: 1) амитозом 2) половым путём 3) почкованием 4) спорами.
23. В результате митоза образуются: 1) зигота у сфагнума 2) сперматозоиды у мухи 3) почки у дуба 4) яйцеклетки у подсолнечника.
Бесспорно, что тест никуда не годный. Если надо выбрать один ответ, то у автора этого теста явно ответом будет: почки дуба. Это соматические диплоидные клетки, для которых основным способом деления является митоз (для старых клеток — амитоз). К сожалению такое часто встречается в тестовых заданиях, когда их авторы-составители как-будто бы напрочь забывают, что у растений мейотическому делению подвергаются споры, а сами гаплоидные половые клетки (гаметы) формируются митозами уже из гаплоидных спор, поэтому и ответ 4) тоже следует считать верным.
24. Почему важно, чтобы в процессе митоза произошло равномерное распределение хромосом между дочерними клетками: 1) в них сосредоточена наследственная информация о признаках организма 2) хромосомы в клетках тела парные 3) в состав хромосом входят нуклеиновые кислоты и белки 4) хромосомы в процессе митоза спирализуются.
В чем могла быть сложность в выборе ответа на этот вопрос? Дело в том, что все ответы сами по себе верные, но отвечает на поставленный вопрос только ответ 1).
1) распадается на отдельные мембранные пузырьки
2) растворяется, а затем собирается из отдельных молекул
3) исчезает (расщепляется ферментами), а затем синтезируется заново
4) сливается с наружной мембраной, а затем отделяется от нее
Сложность в выборе ответа на этот вопрос в том, что написано об этом лишь в каком-то одном из 5-7 хороших школьных учебников по Общей биологии. Конечно, такие уж слишком «глубококопательные» вопросы в тестовые задания не должны бы включаться вовсе (но с каждым годом таких «пакостей» будет все больше и больше). Кстати, этот тест некорректный ещё и потому, что ответы 2) «растворяется» и 3) «исчезает (расщепляется ферментами)» это одно и тоже. Мембрана состоит из органических веществ и «раствориться» она может не иначе как под действием ферментов!
27. Диплоидный набор хромосом в клетках шпината равен 12. В результате индуцированного мутагенеза получены 4 мутантные формы. Установите соответствие между кариотипом этих форм и разновидностью геномной мутации, в результате которой они образовались:
Кариотип
А) 10
Б) 11
В) 13
Г) 48
Геномная мутация
1) трисомия
2) моносомия
3) нуллисомия
4) полиплоидия
В школьном курсе биологии я не знаю ни одного базового учебника, где под геномной мутацией разбиралось бы что-либо подробнее, чем то, что геномная мутация бывает анеуплоидной и полиплоидной. Посмотрите мою статью. А — нуллисомия (3)— нехватка одной пары хромосом. Б — моносомия (2) — нехватка одной хромосомы. В — трисомия (1) — одна лишняя хромосома (у людей это болезнь Дауна, трисомия по 21 паре хромосом) Г — полиплоидия (4) — увеличение числа хромосом кратное диллоидному.
28. Все клетки человека получаются из одной путём:
1) размножения
2) репликации
3) митоза
4) мейоза
29. Генотип организма АаХВХВ. Какие типы гамет и в каком соотношении образует этот организм при не расхождении аутосом в первом мейотическом делении? Указать в них количество хромосом.
Так как аутосомы, содержащие аллели А и а не разойдутся в анафазе мейоза I, то после мейоза I будут две клетки c хромосомами, состоящими из двух сестринских хроматид: первая клетка AAaaХBХB и вторая клетка ХВХВ. После мейоза II первая их этих клеток даст 2 гаметы с хромосомами AaХB и АаХВ, а вторая даст 2 гаметы с хромосомами ХВ и ХВ.
30. Какой цифрой на рисунке обозначена часть древесного стебля, в которой образуются годичные кольца? (Указать нужно на камбий или древесину)
Камбий — это тонкий слой живых, постоянно делящихся меристематических клеток. ЗА СЧЕТ него и происходит прирост древесины, которую мы идентифицируем на срезе ствола по годичным кольцам. Значит каждое новое годичное кольцо — это результат работы клеток камбия, а совокупность всех имеющихся годичных колец образуют древесину. Поэтому остается только гадать какой ответ был задуман у авторов данного вопроса? Радует лишь то, что вопрос составлен настолько некорректно, что наверное любой абитуриент, подавший на апелляцию, добьется решения вопроса в свою пользу.
Уважаемые посетители блога, у кого возникнут вопросы к репетитору биологии по Скайпу, пишите в комментариях.
У меня на блоге вы можете приобрести ответы на все тесты ОБЗ ФИПИ за все годы проведения экзаменов по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).