Методическое пособие для самостоятельной работы студентов на уроках по предмету Биология



страница29/204
Дата24.10.2018
Размер5.43 Mb.
ТипМетодическое пособие
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   204

4. МАКРОМОЛЕКУЛЫ И ИХ СОСТАВ


Эти четыре наиболее важных класса биомолекул имеют одно общее свойство: все они представляют собой относительно крупные структуры с высокими молекулярными массами и потому называются макромолекулами. Молекулярные массы различных белков лежат в пределах от 5000 до 1 млн. У некоторых нуклеиновых кислот молекулярные массы достигают нескольких миллиардов. Полисахариды, например крахмал, также имеют высокие молекулярные массы порядка миллионов. Размеры отдельных липидных молекул значительно меньше (мол. масса 50 – 1500). Однако обычно липидные молекулы объединяются друг с другом и образуют очень крупные структуры, которые включают тысячи молекул и функционируют, по существу, как макромолекулярные системы (такая система служит, в частности, «основой» клеточных мембран). Таким образом, мы можем отнести подобные липидные структуры к макромолекулам.

Макромолекулы образуются из небольших молекул, играющих роль строительных блоков. Хотя в живых организмах содержится множество различных белков и нуклеиновых кислот, построение этих сложных структур основано на весьма простых принципах. В качестве строительных блоков, из которых состоят все белки и нуклеиновые кислоты, используются простые молекулы; число этих молекул невелико, и они имеют одно и то же строение у всех видов организмов. Молекулы всех белков, представляющие собой длинные цепи, построены всего из 20 разных аминокислот, расположенных в той или иной линейной последовательности. Из одних и тех же строительных блоков разные организмы способны вырабатывать такие разнообразные продукты, как ферменты, гормоны, белок хрусталика глаза, перья, паутина, панцирь черепахи, белки молока, энкефалины (наркотики, вырабатываемые самим организмом), антибиотики, ядовитые вещества грибов и многие другие соединения, наделенные специфической биологической активностью.

Аналогичным образом длинные, напоминающие цепи, молекулы нуклеиновых кислот у всех организмов построены из небольшого числа нуклеотидов, образующих различные последовательности. Белки и нуклеиновые кислоты являются информационными макромолекулами; каждый белок и каждая нуклеиновая кислота несут определенную информацию, закодированную в последовательности строительных блоков. Полисахариды также состоят из большого числа строительных блоков. Крахмал и целлюлоза, например, представляют собой длинные цепи строительных блоков одного типа, а именно – сахара глюкозы. Поскольку полисахариды построены из структурных единиц только одного типа или из чередующихся единиц двух типов, они не могут нести закодированную генетическую информацию. Таким образом, более 90 % сухого органического вещества в живых организмах составляют тысячи разнообразных макромолекул, построенных всего лишь из трех-четырех десятков различных видов простых органических молекул.

Молекулы, используемые в качестве строительных блоков, имеют простую структуру. В белках строительными блоками служат 20 различных аминокислот; все они содержат карбоксильную группу и аминогруппу, связанные с одним и тем же атомом углерода. Аминокислоты отличаются друг от друга строением только одной части молекулы, а именно боковой группы, обозначаемой обычно символом R.

Наиболее часто встречающиеся в природе полисахариды, крахмал и целлюлоза состоят из повторяющихся единиц D-глюкозы. Липиды также построены из сравнительно небольшого числа типов органических молекул. Большинство молекул липидов содержат одну или несколько длинноцепочечных жирных кислот, производных пальмитиновой или олеиновой кислот.

Кроме того, многие липиды содержат спирты, например глицерин, а некоторые еще и фосфорную кислоту. Таким образом, большая часть биомолекул построена примерно из трех десятков органических соединений. Все эти соединения выполняют самые разнообразные функции в живых организмах.

Жирные кислоты – это компоненты не только сложных липидов клеточных мембран, но и жиров – богатых энергией соединений, обеспечивающих накопление запасного «топлива» в организме. Кроме того, жирные кислоты входят в состав защитного воскового налета на листьях и плодах растений, а также служат предшественниками других специализированных соединений.

Аминокислоты – это не только строительные блоки белков; некоторые из них могут быть нейромедиаторами (нейротрансмиттерами) и предшественниками ряда гормонов, а у растений – токсичных алкалоидов. Аденин служит строительным блоком нуклеиновых кислот, некоторых коферментов и АТФ-соединения, выполняющего роль переносчика энергии в клетках. Таким образом, биомолекулы, играющие роль строительных блоков, являются, по существу, предшественниками или родоначальниками большинства других биомолекул. Поэтому мы можем рассматривать их как молекулярный алфавит живой материи. К этим простым органическим веществам нельзя относиться без некоторой доли благоговения и восхищения – ведь они были отобраны в процессе эволюции и стали участниками столь необычных и уникальных взаимоотношений, совокупность которых мы называем молекулярной логикой живых организмов.

Исходя из всего сказанного выше, можно с уверенностью считать, что, несмотря на многообразие живых организмов в природе, все они находятся в непосредственном родстве друг с другом. И, несмотря на то, что у современной науки существует много версий о происхождении жизни на Земле, все современные живые организмы, вероятнее всего, являются потомками одного общего предка.

Химический состав клеток

Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмов сходны по химическому составу. В клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях. Сходство в строении и химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения.

Одни элементы содержатся в клетках в относительно большом количестве, другие - в малом. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов - кислорода, углерода, азота и водорода (до 98%). Сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо составляют вместе 1,9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%). В живых телах наряду с веществами, распространенными в неживой природе, содержится много веществ, характерных только для живых организмов.

Вода составляет почти 80% массы клетки. Ей принадлежит существенная многообразная роль в жизни клетки. Она определяет физические свойства клетки - ее объем, форму, упругость. Вода участвует в образовании структурных молекул органических веществ, в частности структуры белков. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водном растворе; многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки. Вода является непосредственным участником многих химических реакций (расщепление белков, углеводов, жиров и др.).

Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры, полярностью молекул воды. Частица воды - диполь: в области атомов водорода (протона) преобладает положительный заряд, а в области атомов кислорода - отрицательный. Этим объясняется способность воды к ориентированию в электрическом поле и присоединению к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд, с образованием гидратов. Много веществ способно растворяться в воде: соли, кислоты, щелочи, а из органических веществ - многие спирты, амины, углеводы, белки и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными веществами (греч. “гидрос” - вода, “филео” - люблю). Жиры, клетчатка и другие вещества плохо или вовсе не растворяются в воде, их называют гидрофобными (греч. “гидрос” - вода, “фобос” - страх, ненависть). Гидрофильность объясняется наличием групп атомов, способных вступать с молекулами воды в электростатическое взаимодействие или образованием с ними водородных связей. Гидрофильные вещества - это соли, углеводы, белки, низкомолекулярные органические соединения. Многие жиры - гидрофобны. Гидрофобные вещества входят в состав клеточных мембран, обусловливая их полупроницаемость.

Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны такие катионы, как K+, Na+, Ca2+, Mg2+, из анионов - HPO42-, Cl-, HCO3-. Концентрация анионов и катионов в клетке и среде ее обитания, как правило, резко различна. К примеру, внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов калия и очень малая - ионов натрия, а в окружающей среде (плазме крови, морской воде) мало ионов калия и много ионов натрия. Пока клетка жива, это соотношение ионов строго поддерживается, а после смерти клетки содержание ионов в среде и клетке выравнивается. Ионы клетки способствуют поддержанию постоянного осмотического давления внутри клетки и рН. В норме реакция клеток слабощелочная, почти нейтральная, обеспечиваемая содержащимися в клетке анионами слабых кислот (НСО3-, НРО4-) и слабыми кислотами (Н2СО3), которые связывают и отдают ионы водорода, в результате чего реакция внутренней среды клетки практически не изменяется. Некоторые неорганические вещества содержатся в клетке не только в растворенном, но и в твердом состоянии. Так, прочность и твердость костной ткани обеспечивается фосфатом кальция, а раковин моллюсков - карбонатом кальция. Не все вещества, содержащиеся в клетке, специфичны для живой природы. Вода и соли распространены и вне живого. Но в организмах и продуктах их жизнедеятельности обнаружено большое количество углеродсодержащих соединений, характерных только для живых клеток и организмов, получивших название органических веществ.



Из органических веществ клетки на первом месте по количеству и значению стоят белки, состоящие из крупных молекул (макромолекул, греч. “макрос” - большой). В состав всех белков входят атомы водорода, кислорода, азота; во многие белки входят еще атомы серы, а в некоторые - атомы металлов железа, цинка, меди. Белки составляют 10-20% от сырой массы и 50-80% от сухой массы клетки. Белки обладают большой молекулярной массой: молекулярная масса альбумина - одного из белков яйца - 36 000, гемоглобина - 152 000, миозина (одного из белков мышц) - 500 000. Тогда как молекулярная масса спирта - 46, уксусной кислоты - 60, бензола - 78. Среди органических веществ белки самые сложные, они составлены из повторяющихся сходных по структуре низкомолекулярных соединений, ковалентно связанных между собой, которые называются мономерами. Поэтому белки (как углеводы и жиры) являются полимерами. Если обозначить мономер буквой А, то структуру полимера можно изобразить так: А-А-А-А-А. Большинство природных и искусственных (полиэтилен, лавсан, капрон и др.) полимеров построены из одинаковых мономеров. Белки же состоят из сходных, но не вполне одинаковых мономеров. Мономерами белков являются аминокислоты. Молекула аминокислоты как бы состоит из двух частей: одна часть одинаковая, состоящая из аминогруппы (-NH2) (выделена синим цветом) и находящейся рядом карбоксильной группы (-СООН); другая часть молекулы у всех аминокислот разная (выделена красным цветом) и называется радикалом (R). Имеется много разных аминокислот, но мономерами любых природных белков - животных, растительных, микробных, вирусных - являются только 20 аминокислот (их еще называют “волшебными”). Соединение аминокислот происходит через общие для них группировки: аминогруппа одной аминокислоты соединяется с карбоксильной группой другой с отщеплением молекулы воды. Между аминокислотами образуется прочная ковалентная связь -NH-CO2-, которая называется пептидной связью. Образовавшееся соединение аминокислот называется пептидом. Пептид из двух аминокислот называется дипептидом, из трех - трипептидом, из многих аминокислот - полипептидом. Все белки представляют собой полипептиды, т.е. цепи из многих десятков и даже сотен аминокислотных звеньев.


Каталог: uploads -> doc
doc -> История урологии среднего урала
doc -> Общероссийское движение «трезвая россия» международная славянская академия союз борьбы за народную трезвость
doc -> Наркотики и здоровье
doc -> Проектная работа по физике «Магнитные бури: мифы и реальность»
doc -> Наука об отрезвлении общества
doc -> Тесты по теме «Класс Птицы»
doc -> Перечень лекарственных препаратов, отпускаемых населению в соответствии с перечнем групп населения и категорий заболеваний, при амбулаторном лечении которых лекарственные препараты и изделия медицинского назначения отпускаются по рецептам врачей


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   204


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница