05-тақырып Цитология · зертханалық 3D виртуалды жұмыс
Жасушаның химиялық құрамы
Тіршіліктің молекулалары
Элементтер, су мен минералдар, белоктар, көмірсулар, липидтер, нуклеин қышқылдары және АТФ
⚛️ Элементтер🧬 Биополимерлер📱 3 QR-тапсырма
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
02 Сабақ құрылымы
Оқу нәтижелері және жоспар
🎯 Мақсаты
Жасушаның элементтік және молекулалық құрамын 3D модельдер арқылы зерттеп, әр зат тобының құрылысын оның биологиялық қызметімен байланыстыру.
Сабақ соңында студент:
- элементтерді макро-, микро- және ультрамикроэлементтерге жіктеп, мысал келтіреді;
- судың қасиеттерін сутектік байланыспен түсіндіреді;
- белоктардың құрылым деңгейлері мен қызметтерін сипаттайды;
- көмірсулар мен липидтерді жіктеп, қызметін атайды;
- ДНҚ мен РНҚ-ны салыстырып, Чаргафф ережесін қолданады.
⏱ Жоспар · 80 минут
5′Мотивация: проблемалық сұрақ
10′Алдыңғы білімді белсендіру
30′Жаңа тақырып: 3D модельдермен түсіндіру
10′3D-препарат: тақтада тану
15′QR-зертхана: 3 тапсырма
10′Кейс · бағалау · рефлексия
Проблемалық сұрақАдам денесінің 60%-ы су. Неге дәл су тіршіліктің ортасы бола алды?
3D-визуализацияКейс-стадиФормативті бағалау
03 Негізгі ұғымдар
Терминдер мен анықтамалар
МакроэлементтерЖасушада 0,01%-дан көп кездесетін элементтер: O, C, H, N (органогендер, ≈ 98%), сондай-ақ P, S, K, Na, Ca, Mg, Cl, Fe.
МикроэлементтерЖасушада 0,001–0,000001% мөлшерде болатын, бірақ ферменттер мен гормондардың құрамына кіретін өмірлік маңызды элементтер: Zn, Cu, I, Mn, Co, Mo, Se, F.
Органикалық заттарҚұрамында көміртек тізбегі бар қосылыстар: белоктар, нуклеин қышқылдары, көмірсулар, липидтер, АТФ; тірі жасушада ғана синтезделеді.
Мономер және полимерМономер — қайталанатын қарапайым бірлік (аминқышқыл, нуклеотид, глюкоза); полимер — мономерлердің ковалентті тізбегі (белок, ДНҚ, крахмал).
БелокПептидтік байланыспен жалғанған 20 түрлі аминқышқылдан тұратын биополимер; кеңістіктік құрылымы оның қызметін анықтайды.
ФерментБиологиялық катализатор (көбінесе белок); реакцияның активтену энергиясын төмендетіп, оны миллиондаған есе жылдамдатады; ерекше белсенді орталығы бар.
ДенатурацияБелоктың бірінші реттік құрылымы сақтала отырып, кеңістіктік (2–4 реттік) құрылымының бұзылуы және қызметін жоғалтуы; қайтымды болса — ренатурация.
КөмірсуларЖалпы формуласы Cₙ(H₂O)ₘ органикалық заттар: моносахаридтер (глюкоза), дисахаридтер (сахароза), полисахаридтер (крахмал, гликоген, целлюлоза).
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
04 Негізгі ұғымдар
Анықтамалар · жалғасы
ЛипидтерСуда ерімейтін, органикалық еріткіштерде еритін гидрофобты заттар: майлар, фосфолипидтер, стероидтар, балауыздар.
Нуклеин қышқылдарыНуклеотидтерден тұратын биополимерлер: ДНҚ — тұқым қуалау ақпаратын сақтайды, РНҚ — оны іске асырады (транскрипция, трансляция).
КомплементарлықАзоттық негіздердің сутектік байланыс арқылы қатаң жұптасуы: A=T (U) — 2 байланыс, G≡C — 3 байланыс; ДНҚ репликациясының негізі.
АТФАденозинтрифосфат — жасушаның әмбебап энергия тасымалдаушысы; макроэргиялық фосфат байланысы гидролизденгенде ≈ 30,5 кДж/моль бөлінеді.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
05 Зерттелу тарихы
Ашылу тарихы
1828Ф. Вёлер — мочевинаны синтездеп, «өмірлік күш» теориясын жоққа шығарды
1869Ф. Мишер — лейкоцит ядросынан «нуклеин» (ДНҚ) бөліп алды
1894Э. Фишер — ферменттің «кілт–құлып» гипотезасы
1929К. Ломан — АТФ-ты ашты
1950Э. Чаргафф ережесі: A = T, G = C
1951–53Л. Полинг — α-спираль; Дж. Уотсон, Ф. Крик, Р. Франклин — ДНҚ қос спиралі
1955Ф. Сенгер — инсулиннің аминқышқылдық тізбегін анықтады
2020AlphaFold — белок құрылымын тізбегі бойынша болжау (Нобель 2024)
Жасушаның шамамен құрамы (массаның %)
Су70–80
Белоктар10–20
Липидтер1–5
Көмірсулар0,2–2
Нуклеин қыш.1–2
Иондар1–1,5
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
06 Элементтер
Жасушаның элементтік құрамы
Органогендер · 98%O 65–75 · C 15–18 · H 8–10 · N 1,5–3%
МакроэлементтерK, Na, Ca, Mg, P, S, Cl, Fe — 0,01–1%
МикроэлементтерZn, Cu, I, F, Mn, Co, Mo, Se — < 0,01%
УльтрамикроAu, U, Ra — < 0,000001%
Маңызы
- Fe — гемоглобин, цитохромдар; I — тироксин
- Mg — хлорофилл, АТФ-тәуелді ферменттер
- Ca — сүйек, бұлшық ет жиырылуы, қанның ұюы
- Zn — инсулин, ДНҚ-полимераза; Co — B₁₂ дәрумені
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
07 Бейорганикалық заттар
Су және минералды тұздар
Судың қасиеттері
- Диполь, сутектік байланыстар → жоғары жылу сыйымдылық
- Әмбебап еріткіш: гидрофильді / гидрофобты заттар
- Реакция ортасы және қатысушысы (гидролиз, фотолиз)
- Тургор, жылу реттеу (тер), тасымал
Тұздар мен иондар
- K⁺/Na⁺ — мембраналық потенциал
- Буферлер: бикарбонат (қан, pH 7,4), фосфат (жасуша ішінде)
- Ca₃(PO₄)₂ — сүйек пен тіс
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
08 Белоктар
Белоктар: құрылым → қызмет
I · біріншілікАминқышқылдар тізбегі (пептидтік байланыс)
II · екіншілікα-спираль, β-қабат (сутектік)
III · үшіншілікГлобула: дисульфидтік, иондық, гидрофобты
IV · төрттікБірнеше суббірлік (гемоглобин 2α+2β)
Қызметтері
Каталитикалық (ферменттер), құрылымдық (коллаген, кератин), тасымал (гемоглобин), қорғаныс (антиденелер), реттеуші (инсулин), қозғалыс (актин, миозин), энергетикалық (17,6 кДж/г). Денатурация — құрылымның бұзылуы, ренатурация — қалпына келуі.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
09 Көмірсулар және липидтер
Энергия мен құрылыс материалы
Көмірсулар
- Моносахаридтер: глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза
- Дисахаридтер: сахароза, лактоза, мальтоза
- Полисахаридтер: крахмал, гликоген (қор), целлюлоза, хитин (құрылым)
- Энергия: 17,6 кДж/г
Липидтер
- Майлар (глицерин + 3 май қышқылы) — 38,9 кДж/г
- Фосфолипидтер — мембрананың негізі
- Стероидтар: холестерин, жыныс гормондары, D дәрумені
- Балауыз — қорғаныс; жылу оқшаулау
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
10 Нуклеин қышқылдары
ДНҚ, РНҚ және АТФ
| Белгі | ДНҚ | РНҚ |
|---|---|---|
| Қант | Дезоксирибоза | Рибоза |
| Азотты негіздер | А, Т, Г, Ц | А, У, Г, Ц |
| Құрылымы | Қос шиыршық (Уотсон–Крик, 1953) | Бір тізбек |
| Орны | Ядро, митохондрия, пластид | Ядро, цитоплазма, рибосома |
| Қызметі | Ақпаратты сақтау | иРНҚ, тРНҚ, рРНҚ — белок синтезі |
Чаргафф: А = Т, Г = Ц · АТФ → АДФ + Ф + 40 кДж
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
11 Белоктардың құрылымы
Белоктың төрт деңгейі
| Деңгей | Не? | Байланыс |
|---|---|---|
| Бірінші реттік | Аминқышқылдардың тізбектегі реті | Пептидтік (ковалентті) |
| Екінші реттік | α-спираль, β-қабат | Сутектік (пептид топтары арасы) |
| Үшінші реттік | Глобула — кеңістіктегі орамы | Дисульфидтік, иондық, гидрофобты, сутектік |
| Төртінші реттік | Бірнеше суббірліктің бірігуі (гемоглобин: 2α + 2β) | Ковалентсіз әрекеттесулер |
Құрылым → қызмет
- Бір аминқышқыл ауысуы ауруға әкеледі: гемоглобиннің β-тізбегінде глутамин → валин = орақ тәрізді жасушалы анемия
- Прион аурулары — белоктың дұрыс емес бүктелуі (α → β), «жұқпалы» конформация
- Денатурация: жоғары t°, күшті қышқыл/сілті, ауыр металдар, спирт
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
12 Ферменттер
Ферменттердің қасиеттері
Ферменттің жұмыс механизмі
Фермент (E) субстратпен (S) белсенді орталығы арқылы фермент–субстрат кешенін түзеді, реакция өтіп, өнім (P) бөлінеді, фермент өзгеріссіз қалады: E + S ⇄ ES → E + P. Қазіргі модель — индукцияланған сәйкестік (Д. Кошланд): белсенді орталық субстратқа «киіліп», пішінін өзгертеді.
ЕрекшелікБір фермент — бір субстрат немесе реакция түрі
Оптимумt° ≈ 37 °C; рН: пепсин 1,5–2, трипсин 8, амилаза 6,8
КофакторларМеталл иондары (Zn²⁺, Mg²⁺), коферменттер — витаминдер туындысы (НАД⁺ — B₃, ФАД — B₂)
ТежелуБәсекелі (метотрексат), бәсекесіз, аллостериялық реттелу
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
13 Көмірсулар мен липидтер
Көмірсулар мен липидтердің қызметтері
Көмірсулар
| Топ | Мысал | Қызметі |
|---|---|---|
| Моносахарид | Глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза | Энергия (17,6 кДж/г); нуклеотид құрамы |
| Дисахарид | Сахароза, лактоза, мальтоза | Тасымал, қоректік |
| Полисахарид | Крахмал, гликоген / целлюлоза, хитин | Қор / құрылыс |
Липидтер
- Энергетикалық: 1 г май → 38,9 кДж (көмірсудан 2 есе көп)
- Құрылымдық: фосфолипидтер, холестерин — мембрана
- Реттеушілік: стероидты гормондар (кортизол, эстроген), D витамині, простагландиндер
- Қорғаныш, жылу оқшаулау; метаболизмдік су (түйе өркеші: 1 г май → 1,1 г су)
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
14 Нуклеин қышқылдары
ДНҚ мен РНҚ салыстыру
| Белгі | ДНҚ | РНҚ |
|---|---|---|
| Қант | Дезоксирибоза | Рибоза |
| Негіздер | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Құрылымы | Қос спираль (диаметр 2 нм, қадам 3,4 нм = 10 н.ж.) | Бір тізбек (жергілікті шпилькалар) |
| Орны | Ядро, митохондрия, пластид | Ядрошық, цитоплазма, рибосома |
| Түрлері | — | мРНҚ, тРНҚ, рРНҚ (≈ 80%), миРНҚ |
| Қызметі | Ақпаратты сақтау, беру | Ақпаратты іске асыру; рибозимдер |
Чаргафф ережесіДНҚ-да A = T, G = C, A + G = T + C. Мысал: A = 30% болса, T = 30%, G = C = 20%.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
15 Су мен иондардың рөлі
Бейорганикалық заттардың маңызы
Судың ерекше қасиеттері
- Полярлық — әмбебап еріткіш; гидрофильді / гидрофобты заттар
- Сутектік байланыстар — жоғары жылу сыйымдылығы мен булану жылуы → термореттеу
- Беттік керілу, капиллярлық — өсімдікте су көтерілуі
- Гидролиз реакцияларының қатысушысы, фотосинтезде электрон көзі
FeГемоглобин, цитохромдар; тапшылығы — анемия
IТироксин; тапшылығы — эндемиялық зоб
CaСүйек, жиырылу, қан ұюы, сигнал
MgХлорофилл, рибосома, АТФ-кешен
ZnИнсулин, 300+ фермент
CoB₁₂ витамині; тапшылығы — анемия
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
16 Қорытынды
Тақырыптың негізгі түйіндері
- Жасуша құрамында 80-ге жуық элемент бар; O, C, H, N — 98%; микроэлементтер аз болса да ферменттер мен гормондар үшін маңызды.
- Су — жасуша массасының 70–80%: еріткіш, реакция ортасы, термореттеуші; минералды иондар осмос пен потенциалды анықтайды.
- Белоктар — 20 аминқышқылдың полимері; 4 деңгейлі құрылым қызметін анықтайды; денатурация қызметті жояды.
- Ферменттер — ерекше, реттелетін биокатализаторлар; t°, рН, кофакторлар мен тежегіштерге тәуелді.
- Көмірсулар — негізгі энергия көзі және құрылыс материалы; липидтер — энергия қоры, мембрана, гормондар.
- ДНҚ — қос спираль, ақпаратты сақтайды; РНҚ — бір тізбек, ақпаратты іске асырады; комплементарлық — ортақ принцип.
- АТФ — әмбебап энергия «валютасы»: АТФ → АДФ + Ф + 30,5 кДж.
- Құрамның бұзылуы (элемент тапшылығы, белок мутациясы) — көптеген аурулардың молекулалық себебі.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
17 Өзін-өзі тексеру
Сұрақ — жауап
1.ДНҚ-да аденин 22%. Қалған негіздердің үлесі қанша?
👆 жауабын көру үшін бас
T = 22%; G + C = 100 − 44 = 56% → G = C = 28%.
2.Неге ыстық қызуда (> 41 °C) өмірге қауіп төнеді?
👆 жауабын көру үшін бас
Ферменттер мен құрылымдық белоктар денатурацияланып, белсенділігін жоғалтады — зат алмасу бұзылады.
3.Неге 1 г май 1 г көмірсуға қарағанда энергияны 2 есе көп береді?
👆 жауабын көру үшін бас
Майда сутегі көп, оттегі аз — ол тотықсызданған күйде; тотыққанда көп электрон беріп, көп энергия бөлінеді.
4.Орақ тәрізді жасушалы анемияның молекулалық себебі?
👆 жауабын көру үшін бас
β-глобин генінің нүктелік мутациясы: 6-орында глутамин қышқылы валинге ауысқан → гемоглобин оттексіз күйде полимерленеді.
5.Целлюлоза мен крахмал екеуі де глюкозадан тұрады. Неге адам целлюлозаны қорыта алмайды?
👆 жауабын көру үшін бас
Целлюлозада β-1,4 байланыс, крахмалда α-1,4. Адамда β-гликозидтік байланысты ыдырататын целлюлаза жоқ.
6.Неге йод тапшылығында қалқанша без ұлғаяды?
👆 жауабын көру үшін бас
Тироксин синтезделмейді → гипофиз ТТГ-ны көп бөледі → без ұлғаяды (эндемиялық зоб).
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
18 3D-препарат · тақтада
Нөмірді ата, басып тексер
👆 Қалай ойнаймыз
- Студент тақтаға шығып, нөмірді атайды және құрылымның қызметін айтады
- Сары нөмірді басса — дұрыс жауап ашылады
- Модельді айналдырып, барлық нөмірді тап
Талқылауға
- Неге су молекуласы полярлы?
- Белоктың қай құрылым деңгейі денатурацияда сақталады?
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
19 QR-зертхана · телефонмен
Үш виртуалды тапсырма
🔬 1 · 3D-препарат
3D модельде белгіленген құрылымды тап. 10 раунд.
20 балл🧬 2 · Молекула шебері
Белок деңгейлері, Чаргафф есептері, сұрыптау
20 балл🩺 3 · Кейс-тест
10 сұрақ: құрылыс → қызмет → патология. Жауаптар тексергеннен кейін ашылады.
20 баллКодсыз ашылады · аты-жөніңді жаз · соңғы экранның скриншотын жұмыс парағына тірке
20 Клиникалық / зерттеу кейсі
Білімді қолдан
Кейс 1 · Гемоглобинопатия
Науқастың эритроциттері оттегі аз болғанда орақ пішінге айналады.
Сұрақ: Бір аминқышқылының алмасуы неге бүкіл белоктың қызметін бұзады? Құрылым деңгейлері арқылы түсіндір.
Кейс 2 · Микроэлемент
Тауларда тұратын балаларда бойдың өсуі тежеліп, зоб анықталды.
Сұрақ: Қай элемент жетіспейді? Профилактика қалай жүргізіледі?
Кейс 3 · Ақуыз
Ыстығы 42°C-тан асқан науқаста ферменттердің белсенділігі күрт төмендеді.
Сұрақ: Неге жоғары температура қауіпті? Денатурация деңгейлерін түсіндір.
Топпен талқылау 5 минут · жауапты жұмыс парағына жаз
21 Бағалау · Рефлексия
Не білдім, не үйрендім?
📊 Бағалау · 100 балл
| Жұмыс түрі | Балл |
|---|---|
| QR-1 «3D-препарат» | 20 |
| QR-2 «Молекула шебері» | 20 |
| QR-3 «Кейс-тест» | 20 |
| Жұмыс парағы | 30 |
| 3D-препарат, кейс талқылау | 10 |
90–100 «өте жақсы» · 75–89 «жақсы» · 50–74 «қанағаттанарлық»
🪞 Рефлексия «3–2–1»
- 3 — бүгін түсінген ұғым
- 2 — құрылыс пен қызмет байланысының мысалы
- 1 — әлі де сұрағым келетін сұрақ
🏠 Өздік жұмыс (СӨЖ)
- Белоктың 4 құрылым деңгейінің моделін (сым/моншақ) жаса
- Келесі тақырып: Эндоплазмалық тор