Химический состав живых организмов. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Химический состав живых организмов.



Биохимия

Биохимия -это наука о химических основах процессов жизнедеятельности.

«Биос» - жизнь.

Биохимия -это «химия жизни».

Биохимия -это наука, изучающая состав, строение и свойства различных веществ, из которых построены живые организмы, локализацию этих веществ, химические реакции, которые протекают с этими веществами, то есть пути и закономерности их образования, превращение этих веществ, а также биологическую и физиологическую роль этих веществ.

Биохимия как наука сформировалась в середине-конце 19 века.

Бурное развитие биохимии, так же как и химии началось в конце 19 века - начале 20 века.

В зависимости от предмета изучения, объекта исследования биохимию часто подразделяют на биохимию человека, животных, растений, микробов.

Однако, поскольку в составе всех живых организмов, а также тех процессов, которые там протекают, очень много общего, это деление весьма условно.

Обычно еще биохимию делят на статическую (изучает состав организмов), динамическую (изучает превращения веществ) и функциональную (изучает какие химические процессы лежат в основе жизнедеятельности).

 

Основные критерии живого.

 

Все живые организмы обладают рядом общих признаков и свойств, которые отличают их от тел неживой природы:

1) высокоупорядоченное строение (сложное). Вещества живых организмов имеют более высокий уровень организации. Все организмы имеют клеточное и неклеточное строение (вирусы);

2) обмен веществ и энергии. Совокупность процессов дыхания, питания, пищеварения и выделения, посредством которых организм получает вещества, необходимые организму, использует их и выделяет в окружающую среду продукты жизнедеятельности;

3) движение;

4) рост и развитие;

Живые организмы растут, развиваются благодаря поступлению питательных веществ.

5) размножение;

Все живые организмы способны к самовоспроизведению. Процесс воспроизводства связан с химическими реакциями, протекающими в период зарождения потомства.

Размножение связано с передачей наследственной информации;

6) наследственность;

7) раздражимость;

Большинство растений и животных способно реагировать на воздействие извне.

8) саморегуляция.

Способность сохранять постоянно внутреннюю среду организма под действием окружающей среды.

 

9) изменчивость.

Способность организмов изменять свои свойства под воздействием окружающей среды.

Структура клетки животного.

 

 

Структура клетки растения.

 

 

ОРГАНЕЛЛЫ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ФУНКЦИИ
Оболочка Состоит из целлюлозы. Окружает растительные клетки. Имеет поры Придает клетке прочность, поддерживает определенную форму, защищает. Является скелетом растений.
Наружная клеточная мембрана Двумембранная клеточная структура. Состоит из билипидного слоя и мозаично вкрапленных белков, снаружи располагаются углеводы. Обладает полупроницаемостью Ограничивает жидкое содержимое клеток всех организмов. Обеспечивает избирательную проницаемость, защищает, регулирует водно-солевой баланс, обеспечивает обмен с внешней средой.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) Одномембранная структура. Система канальцев, трубочек, цистерн. Пронизывает всю цитоплазму клетки. Гладкая ЭПС и гранулярная ЭПС с рибосомами Делит клетку на отдельные отсеки, где происходят химические процессы. Обеспечивает сообщение и транспорт вещества в клетке. На гранулярной ЭПС идет синтез белка. На гладкой - синтез липидов
Аппарат Гольджи Одномембранная структура. Система пузырьков, цистерн, в которой находятся продукты синтеза и распада Обеспечивает упаковку и вынос веществ из клетки, образует первичные лизосомы
Лизосомы Одномембранные шарообразные структуры клетки. Содержат гидролитические ферменты Обеспечивают расщепление высокомолекулярных веществ, внутриклеточное переваривание
Рибосомы Немембранные структуры грибовидной формы. Состоят из малой и большой субъединиц Содержатся в ядре, цитоплазме и на гранулярной ЭПС. Участвует в биосинтезе белка.
Митохондрии Двумембранные органеллы продолговатой формы. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует кристы. Заполнена матриксом. Имеются митохондриальные ДНК, РНК, рибосомы. Полуавтономная структура Являются энергетическими станциями клеток. Обеспечивают дыхательный процесс - кислородное окислене органических веществ. Идет синтез АТФ.
Пластиды Хлоропласты Характерны для растительных клеток. Двумембранные, полуавтономные органеллы продолговатой формы. Внутри заполнены стромой, в которой располагаются граны. Граны образованы из мембранных структур - тилакоидов. Имеются ДНК, РНК, рибосомы Протекает фотосинтез. На мембранах тилакоидов идут реакции световой фазы, в строме - темновой фазы. Синтез углеводов
Хромопласты Двумембранные органеллы шаровидной формы. Содержат пигменты: красный, оранжевый, желтый. Образуются из хлоропластов Придают окраску цветкам, плодам. Образуются осенью из хлоропластов, придают листьям желтую окраску
Лейкопласты Двумембранные неокрашенные пластиды шарообразной формы. На свету могут переходить в хлоропласты Запасают питательные вещества в виде крахмальных зерен
Клеточный центр Немембранные структуры. Состоят их двух центриолей и центросферы Образует веретено деления клетки, участвуют в делении. После деления клетки удваиваются
Вакуоль Характерна для растительной клетки. Мембранная полость, заполнена клеточным соком Регулирует осмотическое давление клетки. Накапливает питательные вещества и продукты жизнедеятельности клетки
Ядро Главный компонент клетки. Окружено двухслойной пористой ядерной мембраной. Заполнено кариоплазмой. Содержит ДНК в виде хромосом (хроматина) Регулирует все процессы в клетке. Обеспечивает передачу наследственной информации. Число хромосом постоянно для каждого вида. Обеспечивает репликацию ДНК и синтез РНК
Ядрышко Темное образование в ядре, от кариоплазмы не отделено Место образования рибосом
Органеллы движения. Реснички. Жгутики Выросты цитоплазмы, окруженные мембраной Обеспечивают движение клетки, удаление частичек пыли (мерцательный эпителий)

 

Вода

 

В среднем в клетках содержится около 80% воды. Чем больше в клетке воды, тем интенсивнее в ней происходит обмен веществ. Содержание воды зависит от возраста организма. 95%-в клетке эмбриона, 60%-у пожилых людей.

При потере организмом порядка 20% воды может наступить смерть. Без воды человек может прожить порядка 14 дней.

Функции воды

1) Вода определяет объем клетки и ее упругость ее оболочки (тургор ткани).

2) Вода - это среда, где происходят биохимические процессы. Практически все биохимические реакции – это реакции жидкофазные.

3) Вода - участник многих биохимических процессов, таких как гидролиз белков, жиров, полисахаридов и т.д.

4) Вода участвует в терморегуляции, т.к. имеет высокую теплоемкость и теплопроводность за счет наличия между молекулами воды водородных связей.

5) Вода - хороший растворитель и поскольку молекулы ее полярны, то она хорошо растворяет полярные (гидрофильные) вещества. Гидрофобные же (неполярные) вещества взаимодействуют между собой быстрее, нежели с водой и поэтому нерастворимы в ней. Они входят в состав биомембран.

Молекулы некоторых веществ содержат как полярные, так и неполярные группы-амфифильные (двоякие) ~~~~~С=О

|

Н

6) в суставах вода выполняет роль смазки;

7) твердая вода защищает водоемы от замерзания и таким образом защищает живые организмы.

 

Неорганические соли

В живых организмах неорганические соли находятся в виде ионов и образуются катионами К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и анионами HPO₄²⁻, H₂PO₄⁻, Cl⁻, HCO₃⁻, HSO₄ˉ

Основным является Na+ - вне клетки, К+ - внутри клетки. Из анионов вне клетки Сl⁻, внутри клетки ион HPO₄²⁻, PO₃²⁻.

 

Суммы положительных и отрицательных зарядов катионов и анионов должны быть равны. Однако в живом организме неорганических катионов (+) больше, чем анионов (-).

Их недостаток восполняют анионы органических кислот и белков.

 

Роль солей в организме.

 

Внутри клетки много ионов К+, мало Na+. За счет разности концентраций этих ионов по разные стороны поддерживается трансмембранный потенциал (ТМ)~ 100мВ. Это разность электрических потенциалов между внутренней и внешней стенками мембранных клеток.

ТМ необходим для процессов возбуждения клетки. Если разность потенциалов нарушается, то клетка может погибнуть.

Остатки фосфорной и серной кислот могут присоединяться к различным молекулам в реакции фосфорилирования и сульфатирования, делая их более гидрофильными, а потому более активными.

От наличия анионов HPO₄²⁻, HCO₃⁻, H₂PO₄⁻ зависят буферные свойства биологических сред (способность поддерживать рН на одном уровне при разбавлении растворов или при добавлении к ним небольших количеств кислоты или щелочи).

Соляная кислота НСL создает кислую реакцию среды в желудке для активирования ферментов, которые расщепляют белки пищи и уничтожают вредные организмы.

От наличия солей зависят и осмотические свойства клетки. Осмос - одностороннее проникновение через мембрану клетки молекул воды. Вода при этом выполняет роль полупроводника, выравнивающего концентрацию. Если концентрация солей в клетке меньше, чем в окружающем пространстве, то вода будет выходить из клетки. В результате

изменяется объем клетки вследствие изменения в ней концентрации ионов или других гидрофильных веществ, не проникающих через мембрану.

Осмотическое давление в клетке равно осмотическому давлению физиологического раствора (0,9% Na). Клетки в нем не набухают и не сморщиваются, обеспечивается тургор клеток.

Росм = СRТ.

Нерастворимые соли (карбонаты и фосфаты), входят в состав костей, зубов, раковин.

Zn, Mn, CО - входят в состав активных центров ферментов, I-гормон щитовидной железы, Со – в состав витамина В₁₂.

Углеводы.

 

Состоят из углерода и воды.

Сn(Н₂О)m

С₅Н₁₀О₅- рибоза

С₅Н₁₀О₄- дезоксирибоза

Классификация углеводов.

Углеводы - обширный класс природных соединений, входящих в состав живых организмов и играющих важную роль в жизни животных, растений, человека.

Углеводы – это самый распространенный класс органических соединений.

Целлюлоза – самая распространенная в мире.

Углеводы образуются в процессе фотосинтеза.

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆+6О₂

nСО₂ + nН₂О → Сn (Н₂О)n + nО₂

 

При полном окислении углеводов в процессе дыхания выделяется энергия, необходимая для функционирования организма. Некоторое количество превращается в тепло, но большая часть запасается в АТФ и других трифосфатах и затем расходуется в процессе жизнедеятельности.

 

Углеводы:

 

∕ \

 

Простые Сложные

(моносахариды)

∕ \

Олигосахариды полисахариды

(«олигос» -немного), ди, три, тетра….до 10 («поли» -много)

 

 

Моносахариды – гетерофункциональные соединения (полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны).

В природе существуют моносахариды, состоящие из 3-х, 4-х, 5-ти, 6-ти атомов углерода (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы)

Те моносахариды, которые содержат альдегидную группу называются – альдозы, кеторгуппу - кетозы.

Альдозы и кетозы с одним и тем же числом атомов «С» являются изомерами. В природе наибольшее значение имеют гексозы и пентозы.

Для изображения формулы моносахаридов используют несколько способов:

Проекционные формулы Фишера. В них цепь расположена в одну линию, нумерация цепи начинается с атома С альдегидной группы или с того конца, к которому ближе кето-группа.

 

 

‖ Атом водорода и гидроксогруппы у

Н- С ассиметричного атома С располагаются

| слева и справа от углеродной цепи.

Н- С*- ОН

| С*- ассиметричный атом.

НО-С* –Н

|

Н- С* -ОН

|

Н- С* -ОН

|

СН₂ОН

D-глюкоза

 

Н- С

|

НO- С- Н

|

Н- С -ОН

|

НО- С -Н

|

НО-С -Н

|

СН₂ОН

L-глюкоза

 

Принадлежность к D и L ряду определяется по положению гидроксильных групп и водорода в сравнении с простейшим моносахаридом - триозой (глицериновым альдегидом).

D(+)-глицериновый альдегид L(-)-глицериновый альдегид
   

Рассмотренные формулы Фишера характерны для изображения моносахаридов в ациклических формах, однако моносахариды могут существовать в циклических формах, которые образуются при взаимодействии кислорода карбонильных групп и одной из гидроксогрупп у опорного атома С. Опорным называется ассиметричный атом углерода, наиболее удаленный от карбонильной группы (С=О).

Как известно альдегиды и кетоны могут взаимодействовать со спиртами с образованием полуацеталей или полукеталей.

 

Образуется новая гидроксильная группа в той же молекуле.

 

Приведенная циклическая формула – формула Тойленса.

Образовавшийся 6-ти членный цикл гетероцикл (т.к. в цепи есть атом О) похож на пиран:

(пиранозный цикл)

 

 

(фуранозный цикл)

 

В циклической форме глюкозы образуется новый гидроксил, которого не было в открытой форме: при замыкании цикла в молекуле альдоз - у 1-го атома углерода Он называется полуацетальным или гликозидным гидроксилом.

Циклические формы моносахаридов можно изображать с помощью проекционных перспективных формул Хеуорса. Они изображаются в виде плоского многогранника, который расположен перпендикулярно плоскости изображения.

 

 

Из двух формул β является более устойчивой. В ней гидроксогруппы у первого и второго атомов углерода находятся дистанцированно друг от друга, и взаимное отталкивание атомов О этих групп меньше.

Между ациклическими и циклическими формами существует равновесие, и переход одной формы в другую может происходить только при раскрытии цикла.

α - D- глюкоза ↔ ациклическая ↔ β - D - глюкоза

36% 1% 63%

 

 

В формулах Хеуорса циклы изображаются в виде плоских. Однако на самом деле необходимо иметь ввиду, что эти циклы не плоские.

 


 

 

кресло

 

ванна

 

 

Для D-глюкозы наиболее вероятна структура кресла:

 

 

В живых организмах моносахариды в основном находятся в циклической форме. В твердом виде сахара также имеют циклическое строение.

 

В химическом отношении для них характерны химические свойства, обусловленные:

1) наличием карбонильных групп.

2) наличием открытых спиртовых групп.

3) наличием полуацетальной гидроксогруппы.

Реакции брожения.

 

a) спиртовое брожение

 

C6H12O6 →2CH3–CH2OH + 2CO2­

этиловый спирт)

б) молочнокислое брожение

 

C6H12O6→2CH3-CH–СОOH(молочная кислота) I

OH

 

в) маслянокислое брожение

 

C6H12O6 → CH3–CH2–СН2–СОOH (масляная кислота) + 2Н2­ + 2CO2­

 

 

г) лимоннокислое брожение

 

C6H12O6+O2 HOOC-CH2-C(OH)(COOH)-CH2-COOH+2H2O
лимонная кислота

 

д) ацетон-бутанольное брожение

 

2C6H12O6 С4H9OH + СH3-СO-CH3 + 5CO2 + 4H2

бутанол ацетон

 

Строение дисахаридов.

Молекулы дисахаридов могут состоять из двух остатков одного или разных моносахаридов. Связи, образующиеся между остатками, могут быть двух типов:

а) Связи, в которых принимают участие полуацетальный гидроксил одного моносахарида и спиртовый гидроксил другого.

 

Например, мальтоза и целлобиоза.

б) Связи, в образовании которых принимают участие оба гликозидных гидроксила.

Например, сахароза (α-глюкоза и β-фруктоза).

сахароза

В мальтозе и целлобиозе один гликозидный гидроксил остается свободным, поэтому мальтоза при растворении в воде, превращается в открытую форму и может образовывать альдегидные группы. Раствор мальтозы дает реакцию серебряного зеркала. Сахароза не имеет гликозидного гидроксила и потому этой реакции не дает.

Дисахариды, которые имеют свободный гликозидный гидроксил называются восстанавливающими (редуцирующими), а остальные – нередуцирующими.

Все дисахариды являются многоатомными спиртами, поэтому для них характерны реакции спиртов, например, они образуют с гидроксидом меди комплексное соединение ярко-синего цвета (сахарат меди):

 

При взаимодействии с водой они гидролизуются, и при этом образуются моносахариды:

С12Н22О112О→С6Н12О66Н12О6

 

В живых организмах гидролиз идет под действием ферментов.

Обугливание сахарозы.

С12Н22О11+22Н2SO4→33H20+11CO2↑+22SO2+ С

Полисахариды.

 

Полисахариды – это высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от 10 до 100000 остатков моносахаридов (обычно, гексоз), соединенных между собой гликозидными связями.

Крахмал (растительный), крахмал (животный - гликоген), целлюлоза (клетчатка), хитин.

Мономером этих полимеров является глюкоза:

Общая формула этих полисахаридов (С6Н10О5)n (кроме хитина)

Крахмал.

 

Макромолекулы крахмала построены из большого числа остатков α-глюкозы.

Целлюлоза.

Целлюлоза (клетчатка) – главная составная часть растительной клетки. Практически всю целлюлозу содержат растения (а также некоторые грибы и беспозвоночные). Чистая целлюлоза – белое волокнистое вещество, состоящее из остатков β-глюкозы, которые соединяются в макромолекулы. за счет β-1, 4-гликозидных связей. Цепочка целлюлозы содержит около 104 остатков β-глюкозы.

 

Из каждой цепи целлюлозы выступает множество групп ОН. Эти группы направлены во все стороны и образуют многочисленные водородные связи между цепями, что обеспечивает жесткое поперечное сшивание всех цепей. Цепи, в свою очередь, объединяются друг с другом, образуя пучки – микрофибриллы. Прочность на разрыв такой структуры чрезвычайно велика.

Микрофибриллы, расположенные слоями, погружены в цементирующий матрикс, состоящий из других полисахаридов. При всей прочности эти слои легко пропускают воду и растворенные в ней вещества, обуславливая это весьма важное для растительных клеток свойство. Фермент, способствующий расщеплению целлюлозы, крайне редко встречается в природе, поэтому большинство животных и человек не могут использовать целлюлозу в пищу. Только жвачные животные и жуки-короеды имеют этот фермент.

В экологическом плане чрезвычайное обилие целлюлозы на Земле (она – самое распространенное на нашей планете органическое вещество) и сравнительно медленный ее распад в приводит к тому, что большое количество углерода остается «запертым» в целлюлозе и не участвует в его круговороте.

Химические свойства целлюлозы:

 

1. Так же как и крахмал, целлюлоза способна гидролизоваться (ступенчато), и конечным продуктом гидролиза является целлобиоза. Целлобиоза затем гидролизуется до β-глюкозы.

Так как в каждом звене молекулы целлюлозы имеются три спиртовых гидроксила (2, 3, 6), следовательно, эти спиртовые гидроксилы могут давать реакции с различными веществами.

2. С азотной кислотой.

3. С уксусной кислотой.

4. Горение.

5. Термическое разложение без доступа воздуха.

Хитин.

 

Отличие в строении хитина от строения целлюлозы в том, что в каждом звене при втором атоме вместо гидроксила находится группа, представляющая собой остаток амида уксусной кислоты.

Липиды.

Липиды представляют собой большую группу природных соединений, в которые входят разнообразные по химическому строению вещества, общим свойством которых является их гидрофобность (нерастворимость в воде; они хорошо растворяются в органических неполярных растворителях: эфире, бензоле, хлороформе).

Липиды, в отличие от белков и полисахаридов, не являются полимерами, однако их молекулы велики благодаря тому, что вещества, которые входят в их состав, имеют высокую молекулярную массу. Этот высшие жирные кислоты и высшие спирты.

Все липиды можно классифицироватьна две большие группы: омыляемые (простые и сложные) и неомыляемые (терпены, стероиды, простогландины). Из простых омыляемых липидов при гидролизе получают спирты и высшие жирные кислоты, а из сложных – спирты, высшие жирные кислоты и другие вещества.

Липиды (омыляемые)
Простые Сложные
Жиры Воска Церамиды Фосфолипиды Сфинголипиды Гликолипиды
           

В омыляемых липидах содержится сложноэфирная связь, которая при гидролизе разрывается, что приводит к образованию спирта и кислоты, которые были предшественниками этой сложной связи.

Неомыляемые липиды сложноэфирной связи не имеют.

Жиры – сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.

 
 

Если R1 – остаток пальмитиновой кислоты (C15H31COOH), R2 – остаток стеариновой кислоты (С17H35COOH), R3 – остаток алииновой кислоты (C8H17CH=CHC7H14COOH), то тогда такой жир называется α-пальметил-β-стеарил-α1-алиил-глицерин.

Высшие жирные кислоты содержат, как правило, четное число атомов углерода (12-18). Это связано с тем, что биосинтез этих жирных кислот строится из двууглеродных фрагментов.

Воска представляют собой сложные эфиры длиноцепных карбоновых кислот и также длиноцепных спиртов.

Поскольку воска представляют собой обычно смеси веществ, то они не имеют постоянной температуры плавления и при нагревании расмягчаются медленно, как все аморфные вещества.

Аналогичными свойствами обладают парафины.

 

Кроме глицерина и длиноцепных спиртов в состав омыляемых липидов входит аминоспирт сфингозин.


Если в глицерине одна или несколько гидроксигрупп этерифицированы не карбоновыми кислотами, а фосфорной кислотой, то такие липиды называются фосфолипидами.


Фосфолипиды характеризуются тем, что остаток фосфорной кислоты в них может фосфорилировать молекулы биогенных аминов: коламина (2-аминоэтанола) НО-СН2-СН2-NH2 и холина (2-триметиламиноэтанола) HO-CH2-CH2-N(CH3)3, образуя с ними внутренние соли – кефалины и лецитины.

Кефалины и лецитины – незаменимые составные компоненты нервных клеток. С некоторыми белками они дают белково-липидные комплексы – липопротеины, которые представляют собой компоненты клеточных мембран. Ими богаты печень, сердце, эритроциты, икра, соя. Их недостаток вызывает поражения нервной системы и малокровие.

Сфинголипиды представляют собой амиды сфингозина и некоторых жирных кислот. Из этих двух компонентов образуется церамид.


 

 

Неомыляемые липиды не подвергаются гидролитическому расщеплению (в них отсутствуют эфирные связи). Их часто называют изопреноидами, поскольку в своей структуре они имеют изопрен (мономер природного каучука).


Изопреноиды принято делить на терпены и стероиды.

В терпенах остатки изопрена соединены в цепочки («голова к хвосту», «хвост к хвосту»). Терпены встречаются в растениях (ментол, камфара, витамин А).

Витамин А.

Настойки и отвары, которые готовятся из растительного сырья, содержат терпены и их производные.

К терпенам относится сквален, содержащийся в секретах сальных желез человека.

Сквален – предшественник стероидов, которые имеют тетрациклический скелет. К стероидам относиться холестерин. Холестерин – одноатомный спирт, поэтому его часто называют холестеролом.

Холестерин содержит восемь ассиметричных атомов углерода и, следовательно, может иметь 256 стереоизомеров, однако в природе встречается только один.

Отложение холестерина на стенках кровеносных сосудов приводит к атеросклерозу.

Терпены и стероиды, несмотря на разницу в строении, имеют генетически тесную связь.

В печени из холестерина синтезируется необходимая для пищеварения холевая кислота (желчная кислота). Желчные кислоты - типичные поверхностноактивные вещества; они необходимы для усвоения липидов. Из холестерина вырабатываются стероиды: гормоны – тестостерон, кортизон (используется при аллергии).

Простагландины.

 

Простагландины – гормональные регуляторы многих биопроцессов (вызывают болевые ощущения).

В живых организмах простагландины образуются орахидановой кислотой, путем циклизации участка в центре углеродной цепи, с образованием пентанового кольца, к которому могут быть присоединены различные функциональные группы.

 

Нуклеиновые кислоты

Представляют собой биополимеры, первичная структура которых представляет собой цепь из нуклеотидов, которые, в свою очередь, являются сложными образованиями из трех компонентов: азотистого гетероциклического основания, углевода - рибозы (или дезоксирибозы) и фосфорной кислоты.

Рибоза и дезоксирибоза – это пентозы и альдозы,

 

С5Н10О5; С5Н10О4

 

которые входят в состав нуклеотида в своей циклической форме.

Фосфорная кислота имеет следующую структурную формулу:

Н – О

Н – О Р = О

Н – О

 

Азотистые гетероциклические основания относятся либо к пиримидиновым, либо к пуриновым основаниям.

Пиримидиновые и пуриновые основания – гетероциклические соединения.

 

 


пиридин

 

Гетероциклические соединения – соединения, в которых в цикле кроме атома углерода содержатся атомы других элементов: кислорода, азота, и др. Эти атомы называются гетероатомами.

 

Строение мононуклеотидов

Как было сказано, структурными единицами нуклеиновых кислот, их мономерами являются нуклеотиды, состоящие из одного из перечисленных выше гетероциклических азотистых оснований, углевода и фосфорной кислоты.

Углевод занимает среднее положение в этой триаде.

Часть мононуклеотидов, содержащих только азотистое основание и углевод называется нуклеозидом. При этом углевод и азотистое основание связано N-гликозидной связью.

Углевод входит в состав нуклеотида в β-форме.

 

 
 

 

 

 

 


Атом углерода в рибозе обозначают 1, 2, 3

 

 

Нуклеотиды - это фосфорилированные нуклеозиды. Они являютсяя мономерами нуклеиновых кислот.

 

 


уридинмонофосфат (УМФ)

АМФ, АДФ, АТФ.

Мононуклеотид может быть дальше фосфорилирован фосфорной кислотой, в результате будут образовываться ди-, трифосфаты.

Нуклеотиды ДНК и РНК отличаются по составу. При полном гидролизе нуклеиновых кислот в гидролизате мы получаем:

 

ДНК РНК
Н3РО4 Н3РО4
дезоксирибоза С5Н10О4 рибоза С5Н10О5
аденин аденин
гуанин гуанин
тимин урацил
цитозин цитозин

 

 

Как видно из формулы ди-, тринуклеотидов в их молекулы входят «макроэргические связи» (в них аккумулируется энергия, выделяющаяся при окислении веществ в метаболических процессах). По мере необходимости для организма эти связи расщепляются, и выделяется энергия, расходующаяся на анаболические процессы, т.е. на биосинтез, совершение механической работы и т.д.

 

Первичная структура ДНК

Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают порядок, последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК и РНК. Такая цепь стабилизируется 3',5'-фосфодиэфирными связями. Во всех нуклеиновых кислотах (точнее, в одноцепочечной нуклеиновой кислоте) имеется один и тот же тип связи – 3',5'-фосфодиэфирная связь между соседними нуклеотидами. Эту общую основу структуры можно представить следующим образом:

Двуцепочечное строение ДНК можно представить в виде винтовой лестницы, перила которой - сахарофосфаты, а ступеньки – пары оснований.

Строго избирательное спаривание азотистых оснований или комплиментарность азотистых оснований имеет важное значение при биосинтезе белка. ДНК имеет также третичную структуру.

Всё разнообразие ДНК и РНК будет определяться именно последовательностью оснований. Полимерные цепи НК состоят из остатков рибозы (дизоксирибозы) и остатков фосфорной кислоты. Азотистые основания не входят в полимерную цепь, они придают макромолекуле основные свойства. А наличие остатков фосфорной кислоты, способных диссоциировать с отщеплением ионов Н+, обуславливают кислотные свойства.

 

 

 

Вторичная структура ДНК

Молекула ДНК состоит из 2-х полинуклиотидных цепочек и имеет форму двойной правозакрученной спирали. Структура ДНК была расшифрована в 1953г. (Уотсон и Крик). В этой спирали напротив конца С3׳ одной цепочки расположен С5׳ другой цепочки, т.е. цепи антипараллельны. Каждый виток спирали содержит 10 пар нуклеотидов.

При качественном исследовании химического состава ДНК, выделенных из различных организмов в 1950 г. было установлено, что в гидролизате количество молекул аденина ровно количеству тимина, а цитозина ровно гуанину. Сумма молей пуриновых оснований (А,Г) ДНК любого происхождения равна сумме молей пиридиновых (Т,Ц) оснований правило Чаргаффа). Все основания полинуклеотидных цепей расположены внутри спирали, а сахарно-фосфатные основания – снаружи. Отсюда следует, что основания одной цепи должны быть очень сближены с основаниями другой цепи. Никаких ограничений относительно последовательности оснований не существует, но азотистые основания 2-х цепей всегда располагаются так, что против большого бициклического основания всегда располагается основание одноциклическое А=Т, Ц=Г.

То, что обе цепи в молекуле ДНК имеют противоположную направленность, имеет важное биологическое значение при репликации и транскрипции молекулы ДНК.

 

 

 

Третичная структура ДНК представляет собой способ укладки двойной спирали. У эукариот спираль содержится в хромосоме Х. Состоит в основном из хроматина. Гистоны– белки основного типа с высоким содержанием аргинина и лизина, несущих на себе δ+ заряд. Кроме того, молекула гуанина асимметрична: незаряженные аминокислоты собраны на одном конце полипептидной цепи лизин и аргинин на другом. Незаряженная часть цепи собирается в глобулу, а заряженные части остаются в ”хвосте”. Причем хвосты всех молекул направлены наружу. Так как фосфатная группа молекул ДНК несёт на себе отрицательные заряды, которые распределены по всей длине молекул, то в результате взаимодействия между отрицательными зарядами ДНК и положительными зарядами хвостов – гистонов часть полинуклеотидной цепи (примерно 150 пар) закручиваются вокруг комплекса из 8 гистонных молекул, делая 1-2 витка. В результате получается, что хромосома состоит из нуклеосом, соединённых между собой спиралями ДНК. Такой способ укладки наиболее распространён для ДНК, хранящей генетическую информацию в ядре клеток. Кроме того, небольшое количество ДНК обнаружено в митохондриях и хлоропластах.

Третичная структура ДНК в растворе в зависимости от ионной силы, температуры и рН среды. а - компактная палочка, б - компактный клубок; в - развернутая цепь.

Структура РНК

Внутри каждой клетки имеются три основных типа РНК которые носят название в соответствии с их функциями:

мРНК (матричная или информативная РНК) – служит матрицей для синтеза белков и передачи информации о структуре белка, который должен синтезироваться в организме.

тРНК (транспортная) – переносит аминокислоты к пункту синтеза белка – рибосомам.

рРНК (рибосомная) – входит в состав рибосом.

Все эти формы участвуют в биосинтезе белка.

 

БЕЛКИ

Классификация аминокислот



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 273; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.204.177.148 (0.211 с.)