Тема 1. Клетка

Основы биохимии и молекулярной биологии

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Модуль 1. Статическая биохимия

Тема 1. Клетка

1. Внутриклеточная концентрация ферментов. Для того, чтобы приближенно определить фактическую концентрацию ферментов в бактериальной клетке, предположите, что в цитоплазме клетки содержится 1000 различных ферментов в равных концентрациях, и молекулярная масса каждого белка равна 100 г/моль. Также предположите, что бактериальная клетка имеет цилиндрическую форму (диаметр и высота которой равны 1,0*10^-6 м и 2,0*10^-6 м соответственно), цитоплазма (плотность равна 1,20 мг/мл) содержит 20% (по весу) растворимых белков, а растворимый белок полностью состоит из ферментов. Вычислите среднюю молярную концентрацию каждого фермента в данной гипотетической клетке.

2. Малые размеры клеток и их составных частей. Изданных, приведенных в таблице (Приложение 2), рассчитайте а) число клеток печени, б) митохондрий и в) миоглобина, которые можно поместить в один слой на кончике булавки диаметром 0,5 мм. Предполагается, что все структуры имеют сферическую форму. Площадь круга равна πr², где π = 3,14.

3. Число растворенных молекул, содержащихся в самых мелких из всех известных клеток. Самыми мелкими из всех известных клеток являются микоплазмы – сферические клетки. диаметром ≈ 0,33 мкм.

а) Основным источником энергии для микоплазм служит D-глюкоза. Её концентрация внутри таких клеток составляет около 1,0 мМ. Рассчитайте число молекул глюкозы, содержащихся в одной такой клетке. Число Авогадро равно 6,02^.10²³. Объем сферы равен 4/3πr³.

б) Во внутриклеточной жидкости микоплазм содержится 10 г гексокиназы (мол. масса 100000) в 1 л. Рассчитайте молярную концентрацию гексокиназы – первого фермента в цепи реакций, приводящих к расщеплению глюкозы с образованием энергии.

4. Компоненты Е. соli. Клетка Е. соli имеют форму цилиндра высотой 2 мкм и диаметром 0,8 мкм. Объем цилиндра вычисляется по формуле πr ² h, где h – высота цилиндра.

а) Сколько весит одна клетка Е. соli, если ее плотность (главным образом за счет воды) равна 1,1 г/см³.

б) Толщина защитной клеточной стенки Е. соli равна 10 нм. Какую долю от общего объема бактерий (в %) составляет клеточной стенка?

в) Е. соli быстро растет и размножается благодаря тому, что в её клетке присутствует около 15000 сферических частиц – рибосом (диаметр 18 нм), осуществляющих синтез белков. Какая часть общего объема клетки приходится на долю рибосом?

5. Генетическая информация в ДНК Е. соli. Содержащаяся в ДНК генетическая информация закодирована линейной последовательностью ключевых слов, называемых кодонами. Каждый кодон представляет собой специфическую последовательность, состоящую из трех нуклеотидов (три пары нуклеотидов в двухцепочечной ДНК) и соответствует одному аминокислотному остатку в молекуле белка. ДНК Е. соli имеет очень большую молекулярную массу – 2,5.10⁹. Средняя молекулярная масса пары нуклеотидов равна 660, причем вклад каждой пары в общую длину молекулы составляет 0,34 нм.

а) Используя эти данные рассчитайте длину молекулы ДНК Е. соli. Сравните длину молекулы ДНК с размерами клетки. Каким образом ей удается уместиться в клетке?

б) Подсчитайте, чему равно максимальное число молекул белков, которое может быть закодировано в молекуле ДНК Е. соli, если предположить, что белковая молекула состоит в среднем из 400 аминокислот

6. Обмен веществ. Для изучения энергетического и массового баланса клеточных процессов необходимо знать, в какой последовательности осуществляются химические превращения и в каких участках клетки происходит каждое из них. (Детальные различные пути метаболизма – в последующих разделах). На основе данных приведенных на рис. (Приложение 3), начертите схему образования основных биополимеров и высших структурных элементов клетки; стрелками укажите последовательность процессов и изменение мест их осуществления; считайте, что все структурные элементы клетки образуются из простых предшественников, например, О₂, Н₂О, NН₄⁺ и глюкозы. В необходимых случаях укажите наличие (или отсутствие) пространственных ограничений для данных промежуточных продуктов метаболизма.

7. Эмпирическая формула клетки. Образец культуры предоставлен в химическую лабораторию для определения элементного состава биомассы. Вначале влагу образца испаряют, затем образец помещают в сушильный шкаф при температуре 150 °C, чтобы отделить оставшуюся влагу, и анализируют органическую часть остатка. Далее образец сжигают в муфельной печи при 550 °C и определяют вес золы. Зола содержит фосфор, серу, железо и другие неорганические элементы, содержащиеся в образце. Определите эмпирическую формулу клетки (СНxNyОz), если образец содержит по массе: 48.9 % C, 5.2 % H, 24.8 % О, 0,9.46 % N, и 9.2 % золы.

8. Трансмембранные белки. Белки, осуществляющие транспорт молекул или ионов через мембрану, часто классифицируются как трансмембранные белки. Такие белки имеют в своей структуре область, заключенную в липидном бислое мембраны, и области, обращенные внутрь клетки (в цитоплазму) и во внеклеточное пространство. Исходя из классификации аминокислот по полярности радикала, предположите, какие аминокислоты должны преобладать в различных участках данного трансмембранного протеина.

9.

10. Верно ли утверждение, что «клетка организма – это не просто вместилище органических и неорганических молекул, а настоящая живая лаборатория». Обоснуйте свой ответ и приведите основные процессы. Попробуйте ответить на этот вопрос сполна.

11. Для чего митохондриям и хлоропластам собственная генетическая система, тогда как другие органеллы, например, лизосомы и пероксисомы, ее не имеют?

12.

13.

14.

15.

(см. рис 12-17 в Приложении 4)

16.

(см. рис 12-18 в Приложении 4)

17.

(см. рис 12-2 в Приложении 4)

18.

Поиск по сайту: