13.09.22 г. ВТОРНИК. Гр.508, 408

 13.09.22 г. ВТОРНИК. Гр.508,408

Здравствуйте, уважаемые студенты, заведите, пожалуйста тетрадь для конспектов по химии, другую- по биологии, записывайте дату, тему и выполняйте необходимые записи(ВСЁ подряд не пишите, читайте, выбирайте, можно составить план, ЕСЛИ ЕСТЬ ВИДЕО, НАДО ПОСМОТРЕТЬ ,ВЫПОЛНИТЬ ПО НЕМУ ЗАПИСИ, МНОГО НЕ НУЖНО ПИСАТЬ. Материала может быть выложено много, но это не значит, что  всё надо записывать! После этого, сфотографируйте и отошлите мне на почту rimma.lu@gmail.com  . Тетрадь привезете, когда перейдем на очную форму обучения.)Справа находится АХИВ БЛОГА , смотрите дату и номер своей группы

моя почта :   rimma.lu@gmail.com      Жду ваши фотоотчеты!

ГРУППА 508 ХИМИЯ 4,5

Тема: Изомерия. Значение теории химического строения. Основные направления ее развития.

Во времена А. М. Бутлерова в органической химии широко использовали эмпирические (молекулярные) и структурные формулы. Последние отражают порядок соединения атомов в молекуле согласно их валентности, которая обозначается черточками.

Для простоты записи часто используют сокращенные структурные формулы, в которых черточками обозначают только связи между атомами углерода, а также связи в функциональных группах.

Сокращенные структурные формулы

Затем, по мере развития знаний о природе химической связи и о влиянии электронного строения молекул органических веществ на их свойства, стали пользоваться электронными формулами, в которых ковалентную связь условно обозначают двумя точками. В таких формулах часто показывают направление смещения электронных пар в молекуле. Например, для уксусного альдегида:

Современная органическая химия различает два основных типа изомерии: структурную (изомерию цепи, изомерию положения кратных связей, изомерию гомологических рядов, изомерию положения функциональных групп) и стереоизомерию (геометрическую, или цис-, трсшсизомерию, оптическую, или зеркальную, изомерию).

Изомеры

вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разное строение и разные физические и химические свойства.

Например, формуле  соответствует два соединения — этанол  и диметиловый эфир , физические и химические свойства которых различны: при обычных условиях этанол — жидкость, диметиловый эфир — газ; этанол неограниченно растворяется в воде, растворимость диметилового эфира значительно меньше; этанол реагирует с натрием с выделением водорода, диметиловый эфир не вступает с ним во взаимодействие. Причина различия свойств этих веществ заключается в различии их химического строения:

                       

Этанол            Диметиловый эфир

Итак, вы смогли убедиться в том, что второе положение теории химического строения, четко сформулированное А. М. Бутлеровым, было неполным. С современных позиций это положение требует дополнения:

• свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от их
  • химического,
  • электронного,
  • пространственного строения.

Создание теории строения веществ сыграло важнейшую роль в развитии органической химии. Теория строения создала предпосылки для объяснения и прогнозирования различных видов изомерии молекул органических соединений, а также направлений и механизмов протекания химических реакций.

На основе этой теории химики-органики создают вещества, которые не только заменяют природные, но по свойствам значительно их превосходят. Так, синтетические красители гораздо лучше и дешевле многих природных, например ализарина и индиго. В больших количествах производят синтетические каучуки с самыми разнообразными свойствами. Широкое применение находят пластмассы и волокна, изделия из которых используют в технике, быту, медицине, сельском хозяйстве.

Сравнивая две величайшие теории химии — теорию строения А. М. Бутлерова и теорию периодичности Д. И. Менделеева, — нетрудно заметить, что в обеих теориях так много общего в путях их становления, направлениях развития и общенаучном значении. Впрочем, в истории любой другой ведущей научной теории (теории Ч. Дарвина, генетике, квантовой теории и т. д.) можно найти такие общие этапы.

ТЕМА:Электронная природа химических связей в органических соединениях. 

Углерод выделяется среди других элементов своей способностью образовывать соединения, в которых атомы связаны друг с другом в длинные цепи или кольца. Такое свойство называется катенацией. Именно это свойство позволяет углероду образовывать миллионы соединений, изучению которых посвящена целая область химии — органическая химия.

Типичные органические вещества имеют ряд свойств, которые отличают их от типичных неорганических соединений.

 

Типичные органические вещества	Типичные неорганические вещества
Неполярные или слабополярные ковалентные связи	Ионные или полярные ковалентные связи
Неэлектролиты	Электролиты
Жидкости или твердые вещества с низкой температурой плавления	Твердые вещества с высокой температурой плавления
Разрушаются при нагревании	Плавятся без разрушения
Окисляются на воздухе, горючи	Не окисляются на воздухе, не горючи
Нерастворимы или плохо растворимы в воде	Растворимы в воде

 

Во всех органических соединениях атом углерода находится в возбужденном состоянии, поэтому валентность его равна четырем. Он находится в трех валентных состояниях:

первое —атом углерода соединен с 4 —мя другими атомами и образует 4 Ϭ —связи, направленные в пространстве под углом 109,28° относительно друг друга.

Второевалентное состояние атома углерода возникает, когда он соединен с 3 —мя другими атомами и образует Ϭ —связи, направленные в одной плоскости под углом 120°,и одной л —связью, направленной перпендикулярно этой

плоскости, π —связь образуется при боковом перекрывании р — орбиталей с образованием 2 - х максимумов электронной плотности по обе стороны от линии, соединяющей центры атомов, π —связь менее прочная, чем Ϭ —связь и образуется только тогда, когда между атомами уже есть Ϭ — связь.

Третьевалентное состояние атома углерода возникает, когда он образует 2 Ϭ—связи, направленные по одной прямой (линейная ориентация) в противоположные стороны и 2 π — связи, лежащие во взаимоперпендикулярных плоскостях.

Реакции между органическими веществами обязательно протекают в результате разрыва и образования новых ковалентных связей. Разрыв связи между атомами углерода может происходить 2 —мя способами: гомолитическое расщепление (разрыв связи) происходит таким образом, что общая электронная пара распределяется поровну между атомами: С • |• С → С • + С •.

Частицы, образовавшиеся в результате расщепления, называются свободными радикалами. Однако они могут захватываться другими частицами и терять свободу перемещения. Гомолитическое расщепление связи обычно происходит в реакциях, протекающих в газовой фазе или в неполярных растворителях. Такие реакции нередко катализируются светом или присутствием других радикалов.

Реакции с участием свободных радикалов обычно носят цепной характер. Свободно радикальный разрыв характерен для однополярных и малополярных Ϭ —связей.

Гетероциклическое расщепление — два обобществленных электрона при разрыве связи полностью переходят к одному из атомов. В результате такой атом приобретает отрицательный заряд. Частица, содержащая атом углерода с отрицательным зарядом, называется карбанионом,а другая частица с положительным заряженным атомом углерода называется карбкатионом.

^{карбкатион карбанион}

Ионы, образующиеся при гетероциклическом расщеплении, обычно являются лишь промежуточными продуктами реакции. Поэтому, подобно радикалам, имеют небольшую продолжительность жизни.

Ионный тип разрыва связи характерен для π —связей и ковалентных полярных Ϭ— связей.

В молекулах ароматических соединений образуется особый вид связи (например, в бензоле). Все атомы углерода имеют sp² — гибридизацию, значит, располагаются в одной плоскости. Шесть негибридизованных р—орбиталей будут перпендикулярны этой плоскости и попарно перекрываться, образуя единое кольцевое шестиэлектронное облако, обладающее высокой устойчивостью и называемое ароматической электронной системой. Все связи между атомами углерода одинаковы.

Кроме ковалентных связей в солеобразных органических соединениях в твердом состоянии встречаются и ионные связи.

Это:

1) алкоголяты;

2) соли карбоновых кислот;

3) соли аминов.

Многие органические соединения могут образовывать межмолекулярные водородные связи (спирты, кислоты) и внутримолекулярные связи (белки).

ГРУППА 408 биология 7,8

Тема 7: Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты.

СНАЧАЛА ВНИМАТЕЛЬНО ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО. ЗАТЕМ ПРОЧИТАЙТЕ НИЖЕ ТЕКСТ, ЗАПИШИТЕ ГЛАВНОЕ.

Строение нуклеиновых кислот

В отличие от белков, углеводов и липидов, нуклеиновые кислоты никогда не накапливаются в клетке в больших количествах, и обнаружить их можно только с помощью специальных химических методов. Поэтому они были открыты только во второй половине XIX в., а по-настоящему изучить их роль в процессах жизнедеятельности удалось лишь во второй половине XX в. Так как первоначально они были обнаружены только в ядрах, им дали название нуклеиновые (от лат. nucleus — ядро). 

Нуклеиновые кислоты  — биологические полимеры, мономерами которым служат нуклеотиды. Связи между нуклеотидами легко подвергаются гидролизу (распаду при реакции с водой). Каждый нуклеотид состоит из остатков углевода, фосфорной кислоты и азотистого основания (рис. 1).

Рис. 1. Строение нуклеотида

Углеводный компонент представлен пентозами — рибозой (в РНК) или дезоксирибозой (в ДНК), у которой отсутствует кислород при втором атоме углерода (рис. 2).

Рис. 2. Пентозы

Остаток фосфорной кислоты образует сложноэфирную связь с гидроксилом при 5-м атоме углерода в сахаре. Соединение нуклеотидов в полимер происходит путем образования фосфатом одного нуклеотида второй эфирной связи с гидроксилом при 3-м углероде соседнего нуклеотида. Такая связь получила название фосфодиэфирной.

Таким образом, нуклеиновые кислоты представляют собой цепь из чередующихся остатков пентозы и фосфорной кислоты (рис. 3).

Кроме того, от первого атома углерода каждой пентозы отходит в бок азотистое основание. В этом нуклеиновые кислоты сходны с белками, в которых полимерная цепь образована пептидными группировками с отходящими от них боковыми радикалами аминокислот. Так же, как и у белков, в нуклеиновых кислотах два конца цепи неодинаковы. С одной стороны имеется не занятое связью пятое положение рибозы, этот конец называют 5’-концом. С противоположной стороны не занят связью третий гидроксил сахара, этот конец обозначают как 3’-конец. 5’-конец считается началом цепи, а 3’-конец — ее окончанием.

Рис. 3. Нуклеиновые кислоты

В одной молекуле нуклеиновой кислоты присутствует только один вид пентозы. Те молекулы, которые содержат рибозу, называют рибонуклеиновой кислотой, или сокращенно РНК. Нуклеиновую кислоту, содержащие дезоксирибозу, называют дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК.

Помимо пентозы, нуклеиновые кислоты отличаются азотистыми основаниями. Они представляют собой ароматические циклы, содержащие несколько атомов азота и заместители при определенных атомах углерода.

По структуре гетероциклов азотистые основания делятся на две группы.

Пиримидиновые азотистые основания: урацил, тимин и цитозин. Тимин отличается от урацила только наличием метильной группы, что незначительно меняет его свойства. В РНК встречаются урацил и цитозин, а в ДНК — тимин и цитозин. 

Пуриновые основания: аденин и гуанин. Во всех нуклеиновых кислотах присутствуют оба пурина.

Рис. 4. Азотистые основания                

За счет чередования различных нуклеотидов в цепи нуклеиновые кислоты могут достигать огромного многообразия (количество видов полимеров равно числу видов мономеров в степени, равной числу мономеров в цепи). И хотя число мономеров в нуклеиновых кислотах меньше, чем в белках, степень полимерности, особенно у ДНК, намного выше. Длина цепей ДНК, входящих в хромосомы разных организмов, составляет от миллионов до сотен миллионов нуклеотидов.

Молекулы РНК обычно короче, их длина — от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч нуклеотидов. А при длине цепи 500 нуклеотидов количество возможных комбинаций составляет более 10 300.

принцип комплЕментарности

При анализе содержания азотистых оснований в ДНК из различных организмов Эрвин Чаргафф обнаружил определенные закономерности, позднее названные правилами Чаргаффа.

Молярное содержание аденина всегда равно молярному содержанию тимина, а молярное содержание гуанина — молярному содержанию цитозина.

Количество пуринов равнялось количеству пиримидинов, а отношение А+Т/Г+Ц было различным у разных видов живых организмов. 

Это указывало на возможные взаимодействия оснований в ДНК между собой.

На основании правил Чаргаффа и предварительных результатов рентгеноструктурного анализа Джеймс Уотсон и Френсис Крик в 1953 г. предложили двуспиральную модель структуры ДНК.

Согласно этой модели молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, соединенных между собой азотистыми основаниями. При этом аденин одной цепи всегда взаимодействует с тимином в другой, и наоборот. Точно так же гуанин одной цепи всегда связан с цитозином в другой (рис. 6). 

Рис. 5. Образование водородных связей между азотистыми основаниями

Такие пары оснований удерживаются за счет образования между основаниями водородных связей:

• пара А–Т образует 2 водородные связи;
• пара Г–Ц образует 3 водородные связи.

Главной особенностью пар А–Т и Г–Ц является их одинаковая геометрия. Это позволяет построить двуспиральную молекулу с постоянным расстоянием между цепями, построенными остатками сахара и фосфорной кислоты. Образование любых других пар приводит к нарушению правильной структуры.

Такое взаимодействие оснований, при котором они дополняют друг друга до определенной структуры, одинаковой для всех пар, получило название принципа комплементарности.

Пары аденин и тимин, гуанин и цитозин называются комплементарными парами, а две цепочки нуклеиновых кислот, в которых все основания образуют комплементарные пары — комплементарными цепочками. Таким образом, каждая молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепочек полинуклеотидов (рис. 6).

Рис. 6. Принцип комплиментарности

Важной особенностью структуры двойной спирали ДНК является то, что комплементарные цепи направлены в противоположные стороны, т. е. 5’-конец одной цепи связан комплементарными основаниями с 3’-концом другой цепи, и наоборот. Основания плотно слипаются своими плоскостями, что делает связь между цепочками еще более прочной. Такое слипание получило название стэкинг-взаимодействия. В результате в центре молекулы ДНК находится как бы стержень, построенный из азотистых оснований, а по краям он обвит двумя нитями, состоящими из чередующихся остатков дезоксирибозы и фосфорной кислоты.

сравнение ДНК и РНК

Нуклеиновая кислота	Строение	Функции	Особенности
ДНК	азотистое основание: аденин (А) тимин (Т) гуанин (Г) цитозин (Ц) углевод: дезоксирибоза остаток фосфорной кислоты	хранение и передача наследственной информации	двойная спираль (по принципу комплементарности); способность к репликации (самоудвоению)
РНК	азотистое основание: аденин (А) урацил (У) гуанин (Г) цитозин (Ц) углевод: рибоза остаток фосфорной кислоты	биосинтез белка	одинарная цепочка нуклеотидов

Тема 8: АТФ и другие органические соединения клетки. 

Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ

Нуклеотиды служат составными компонентами для многих важных органических веществ, например для веществ выполняющих в клетке энергетическую функцию: АТФ, ГТФ и т. д.

Универсальным источником энергии во всех клетках служит АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, или аденозинтрифосфат.
АТФ находится в цитоплазме, а также в клеточных ядрах и в двухмембранных органоидах (пластидах и митохондриях). Это вещество является основным источником энергии для биохимических процессов, которые протекают в клетке.
АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. Количество АТФ в клетке зависит от выполняемых этой клеткой функций. Обычно содержание этого вещества составляет приблизительно 0,05 %  от массы клетки, но может доходить до 0,5 %, если затраты АТФ велики (например, в клетках мышечной ткани).

Строение АТФ

АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из азотистого основания — аденина, углевода рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, в двух из которых запасается большое количество энергии.

Остатки фосфорной кислоты соединены друг с другом в молекуле АТФ высокоэнергетическими (макроэргическими) связями. При разрыве такой связи выделяется почти в 4 раза больше энергии, чем при разрыве других связей. Обычно их обозначают символом ~.

АТФ — неустойчивая структура, и при отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ), высвобождая 40 кДж энергии.

Другие производные нуклеотидов

Особую группу производных нуклеотидов составляют переносчики водорода. Молекулярный и атомарный водород обладает большой химической активностью и выделяется или поглощается в ходе различных биохимических процессов. Одним из наиболее широко распространённых переносчиков водорода является никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ).

 

 

Молекула НАДФ способна присоединять два атома или одну молекулу свободного водорода, переходя в восстановленную форму НАДФ⋅H2. В таком виде водород может быть использован в различных биохимических реакциях.
Нуклеотиды могут также принимать участие в регуляции окислительных процессов в клетке.

Витамины

Витамины — сложные органические соединения, которые требуются живым организмам для нормального протекания биохимических процессов в незначительных количествах. От других органических соединений витамины отличаются тем, что не являются источником энергии или исходных веществ для образования клеточных органоидов. Некоторые витамины синтезируются в самом организме, но в основном эти вещества поступают с пищей. А клетки бактерий могут самостоятельно производить почти все необходимые им витамины.

Витамины обычно называют буквами латинского алфавита. Их делят на две группы: водорастворимые (B1, B2, B5, B6, B12, PP, C) и жирорастворимые (A, D, E, K).

Витамины принимают участие в обмене веществ преимущественно как составная часть сложных ферментов. Их отсутствие или недостаток приводит к тяжёлым нарушениям жизнедеятельности организма.

ТЕМА:Клетка – элементарная единица живого.

Клетка - элементарная единица структурной организации живой материи

Клетка — элементарная единица структуры, функции и развития живой материи, которая характеризуется подразделением на ядро (или нуклеоид), цитоплазму и клеточную мембрану и обладает всем комплексом свойств живого: самовоспроизведением, саморазвитием, ростом, саморегуляцией, обменом веществ и энергии, раздражимостью, подвижностью, адаптацией и способностью противостоять энтропии.

В состав многоклеточных организмов наряду с клетками входят симпласты, синцитии1 и межклеточное вещество. Однако ведущей формой структурной организации организмов, безусловно, является клетка, поскольку все перечисленные выше формы являются либо производными клетки (клеток), либо образуются в результате ее синтетической деятельности.

Все клеточные формы органического мира, как указывалось выше, подразделяются на прокариот и эукариот; их сравнительная характеристика представлена в табл. 3.1 и на рис. 3.1.

Таблица 3.1

Сравнительная характеристика прокариот и эукариот

Признаки и свойства	Прокариоты	Эукариоты
Морфологически оформленное ядро	Отсутствует	Имеется
Нуклеоид*	И меется	Отсутствует
Форма молекулы ДНК	Кольцевая	Линейная
Длина ДНК	1 (условно)	1000 (по отношению к прокариотам)
Ядерные белки, связанные с ДНК	Отсутствуют	Имеются
CRISPR-систсма в геноме**	Имеется	Отсутствует
Плоидность генома	Гаплоидный	Диплоидный***
Фенотипические проявления мутаций	Каждая мутация реализуется в фенотипе	Возможно сохранение мутантного рецессивного гена в гетерозиготном состоянии
Микротрубочки и состоящие из них структуры (цеитриоли и др.)	Отсутствуют	Имеются
Деление митозом	Не характерно****	Характерно
Клеточная оболочка	Плазмалемма + клеточная стенка (из пептидоглика- нов)	Плазмалемма (+ клеточная стенка из целлюлозы у растений и хитина — у грибов)
Сократительные белки (актин и миозин)	Отсутствуют	Имеются

1 Симпласты и синцитии состоят из единой цитоплазмы с множеством ядер и покрыты клеточной мембраной. Симпласты образуются в результате слияния нескольких клеток (скелетное мышечное волокно), синцитии — в результате многократного митотического деления ядра без последующего разделения клеточного тела (часть сперматогенного эпителия).

Признаки и свойства	Прокариоты	Эукариоты
Жгутики	Пить жгхтика построена из субъединиц белка флагсл- лина, образующих спираль	Каждый жгутик содержит набор микротрубочек, собранных в группы
Способ питания	Голофитный (всасывание растворенных веществ; не способны к образованию псевдоподий)	Голозойный (захват твердых частиц)
Система внутриклеточных мембран	Отсутствует (внутриклеточные потоки не упорядочены)	Имеется (внутриклеточные потоки упорядочены)
Рибосомы	Имеются, масса небольшая	Имеются
Митохондрии и хлоропласты	Отсутствуют	Имеются
Локализация биоэнергетических структур	Клеточная оболочка	Митохондрии
Эволюционные перспективы	Адаптивная эволюция (структурные перестройки невозможны)	11рогрессивная (возможны глубокие структурные преобразования)

* Находящаяся в центре прокариотической клетки структура, имеющая форму ромашки (центральная часть — остов — образован РНК, «лепестки» — около 50 петель ДНК).

** Особая генетическая конструкция, обеспечивающая иммунную защиту бактерий от вирусов и играющая определенную роль в рекомбинации и репарации ДНК.

*** За исключением половых клеток и соматических клеток некоторых водорослей, грибов, растений (мхов).

**** Прокариотические клетки размножаются простым поперечным делением.

Рис. 3.1. Общая схема строения прокариотической (я) и эукариотической (6) клеток:

1 — плазматическая мембрана; 2 — клеточная стенка; 3 — жгутик; 4 — нуклеоид; 5 — рибосомы; 6 — ядро; 7 — мембранные органеллы

Эукариоты в эволюционном плане оказались более перспективными по сравнению с прокариотами, так как:

• • содержали больший объем генетической информации (двойной набор генов, множество копий отдельных генов);
• • имели возможность накапливать в популяциях особей рецессивные мутантные гены в гетерозиготном состоянии и тем самым формировать резерв наследственной изменчивости (важное условие для эффективного протекания естественного отбора);
• • могли осуществлять более тонкую и сложную регуляцию жизнедеятельности клеток (множество регуляторных генов, возможность использовать геном по частям);
• • имели более совершенную пространственно-временную организацию метаболизма (благодаря компартментации внутреннего объема клетки, т.е. разделения пространства клетки мембранами на отсеки);
• • обладали более пластичной клеточной оболочкой, способной к образованию разнообразных межклеточных соединений с различными функциями (контактов);
• • имели высокосовершенный механизм воспроизведения генетически идентичных клеток (митоз), на базе которого при дальнейшей эволюции многоклеточных форм возник мейоз;
• • обладали более эффективным механизмом извлечения и аккумулирования энергии (дыхание).