Биологически важные химические соединения

Клетка

Всякий живой организм, состоит из клеток, причем каждая клетка порождается тоже клеткой. Клетка — это простейшая и обязательная единица живого, это его элемент, основа строения, развития и всей жизнедеятельности организма.

Биологически важные химические соединения

Из известных более 100 хим. элементов в состав организмов входят около 80, причём только в отношении 24 известно, какие функции в клетке они выполняют.

Набор этих элементов не случаен. Жизнь зародилась в водах Мирового океана, и живые организмы состоят преимущественно из этих элементов, которые образуют легко растворимые в воде соединения.

В составе клеток человеческого тела преобладают элементы:

органогены: О2 – 65–75 %; С – 15–18 %; Н – 8–10 %; N – 1,5–3 %;

макроэлементы: Mg, Na, Ca, Fe, K, S, P, Cl ≈ 4–5 %;

микроэлементы: Zn, Cu, Co, J, F, Mn ≈ 0,1 %.

Сходный элементарный состав имеют клетки большинства животных; отличаются лишь клетки растений и микроорганизмов.

Даже те элементы, которые в клетках содержатся в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни. Так, содержание йода в клетках не превышает 0,01 %. Однако при недостатке его в почве (в пищевых продуктах) задерживается рост и развитие детей. Значение для клетки основных элементов смотрите в таблице на стр. 11–12 (см. учебник Беляева Д.К.).

Неорганические соединения

Вода – одно из самых распространённых веществ на Земле. Она покрывает большую часть земной поверхности. Почти все живые существа состоят в основном из воды. У человека содержание Н2О в различных органах и тканях варьирует от 20 % (в костной ткани) до 85 % (в головном мозге). Около 2/3 массы человека состоит из воды, даже в сухих семенах растений вода составляет 10–12 %. Уникальные свойства воды определяются структурой её молекул. По прочности водородная связь ~ в 15–20 раз слабее ковалентной связи, следовательно легко разрывается. Т. о., в жидкой воде молекулы легкоподвижные.

Схема образования связей между диполями воды

 

Вода. Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания.

Роль воды в клетке определяется ее уникальными химическими и физическими свойствами, связанными главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью ее молекул и с их способностью образовывать друг с другом водородные связи.

Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции:

1. Вода—универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастает реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов, источником ионов водорода и свободного кислорода.

2. Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и ряда субклеточных структур.

3. Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода отличается высокой теплопроводностью, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.

4. Вода характеризуется высокой теплотой парообразования, т. е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла при одновременном охлаждении организма. Благодаря этому свойству воды, проявляющемуся при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и других животных, транспирации у растений, предотвращается их перегрев.

5. Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение. Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в растениях). Многим мелким организмам поверхностное натяжение позволяет удерживаться на воде или скользить по ее поверхности.

6. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.

7. У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).

8. Вода — составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной — в суставах позвоночных, плевральной — в плевральной полости, перикардиальной — в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.

Таблица «Физические свойства воды и их значение для биологических процессов различных уровней»

Физические свойства	Значение	Примеры
Сочетание высокой теплоемкости(благодаря наличию водородных связей между молекулами) и высокой теплопроводности (из-за небольших размеров самих молекул)	1. Идеальная жидкость для поддержания теплового равновесия организма- большое количество воды в клетках придает организму термостабильность и дает возможность значительно охладиться при минимальной потери воды; 2. Круговорот воды в природе является одним из элементов формирования погоды в данное время, а также климата в целом	Транспирация у растений, потоотделение у млекопитающих   Периодическое выпадение осадков, исторически сложивщиеся условия увлажнения в различных природных зонах
Прозрачность в видимом участке спектра	Возможность фотосинтеза на небольшой глубине водоема, и отсюда возможность существования связанных с ним пищевых цепей	Высокопродуктивные биоценозы озер, рек. морей
Практически полная несжимаемость(благодаря силам межмолекулярного сцепления)	Поддержание формы организма	Тургорное давление придает форму сочным органам и тканям растений, у травянистых растений обеспечивает положение в пространстве; Гидростатический скелет – круглые черви, медузы,; амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих
Подвижность молекул(вследствие слабости водородных связей)	Возможность осмоса	Поступление воды из почвы, плазмолиз
Вязкость (благодаря наличию водородных связей)	Смазывающие свойства	Синовиальная жидкость является «смазкой» в суставах позвоночных; Плевральная жидкость уменьшает трение между грудной клеткой и легкими во время дыхания
Хороший растворитель(благодаря полярности молекул)	Самый распространенный растворитель, благодаря тому что молекула является диполем, среда многих химических реакций в организме	Кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна – у животных; Клеточный сок у растений; Участие в реакциях гидролиза:гидролиз биополимеров до мономеров: Белки + вода=аминокислоты Крахмал + вода= глюкоза Жир + вода= глицерин + жирные кислоты   Высвобождение энергии АТФ АТФ+вода= АДФ+ фосфорная кислота + энергия (40 кДЖ)
Способность образовывать гидратационную оболочку вокруг макромолекул (благодаря полярности молекул)	Является дисперсионной средой в коллоидной системе цитоплазмы	Гиалоплазма представляет собой коллоидный раствор белков. В котором макромолекулы белков окружены «чехлом» из определенных образом ориентированных молекул воды
Оптимальная сила поверхностного натяжения(определяемого силами межмолекулярного сцепления)	Водные растворы являются средством передвижения веществ в организме	Капиллярный кровоток; восходящий и нисходящий токи растворов в растении
Расширение при замерзании (благодаря образованию каждой молекулой максимального числа _четырех_ водородных связей)	Лед защищает от холода находящиеся в воде организмы	Сохранение зимой биоценозов замерзающих водоемов

 

 

Таблица «Роль макро и микроэлементов на клеточном уровне»

 

Элемент	Роль в клетке
магний	Кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК
натрий	Участвует в создании и поддержании биоэлектрического потенциала на мембране (в результате работы натриевого и калий-натриевого насосов)
кальций	Ионы кальция участвуют в регуляции избирательной проницаемости клеточной мембраны; участвуют в процессах соединения ДНК с белком
Калий	участвует в создании и поддержании биоэлектрического потенциала; активирует ферменты, участвующие в синтезе белка; входит в состав ферментов, участвующих в гликолизе
железо	Входит в состав цитохромов- ферментов-переносчиков электронов на третьем этапе диссимиляции и в световой фазе фотосинтеза
сера	Входит в состав серосодержащих аминокислот; участвует в формировании третичной структуры белка; входит в состав некоторых ферментов; участвует в бактериальном фотосинтезе4 окислительно-восстановительные реакции соединений серы являются источником энергии в хемосинтезе
фосфор	В виде остатков фосфорной кислоты входит в состав АТФ,ДНК,РНК,НАД, ФАД,НАДФ, фосфорилированных сахаров, фосфолипидов, ферментов; входит в состав всех мембранных структур
хлор	Анионы хлора поддерживают электронейтральность клетки
Медь	Входит в состав окислительных ферментов, участвует в синтезе цитохромов
марганец	Входит в состав ферментов, участвующих в дыхании, окислении жирных кислот, повышает активность ферментов
молибден	Входит в состав ферментов, участвующих в фиксации азота

 

Соединения азота

1. У растений – из окружающей среды в виде ионов NH4+ и NO3-; у животных – с пищей в виде белков и аминокислот
2. В клетках растений ионы аммония и нитратов восстанавливаются до NH2 и включаются в синтез аминокислот; у животных аминокислоты идут на построение собственных белков. При отмирании организмов включаются в круговорот веществ в форме свободного азота
3. Входят в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и АТФ

 

Соединения фосфора

1. У растений – из окружающей среды в виде ионов Н2РО4- и НРО42-; у животных – с пищей в форме органических (фосфолипиды) и неорганических соединений
2. Соли фосфора – фосфаты, находясь в почве, растворяются корневыми выделениями растений и усваиваются. Остатки фосфорной кислоты при отмирании организмов минерализуются, образую соли.
3. Входят в состав всех мембранных структур, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и АТФ. ферментов, тканей (костной)

 

Соединения калия

1. У растений – из внешней среды в виде иона К+; у животных – с пищей
2. Калий содержится во всех клетках в виде ионов К+, концентрация которых намного выше, чем в окружающей среде. После отмирания возвращается в окружающую среду в виде ионов
3. Калиевый насос клетки способствует проникновению веществ через мембрану. Активизирует жизнедеятельность клетки, проведение возбуждения и импульсов

 

Соединения кальция

1. У растений – из внешней среды в виде ионов Са2+; у животных – с пищей
2. Кальций содержится в клетках в виде ионов или кристаллов солей
3. Образует межклеточное вещество и кристаллы в клетках растений. Входит в состав крови, способствует ее свертыванию. Входит в состав костей, раковин, известковых скелетов, коралловых полипов у животных

 

 

Репликация ДНК

Реплика́ция ДНК — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, идущий во время синтетической (S) фазы жизненного цикла клетки на матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и в процессе последующего деления делится между дочерними клетками. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15-20 различных белков.

 

Репликация (самоудвоение) ДНК - это один из важнейших биологических процессов, обеспечивающих воспроизведение генетической информации. В результате репликации одной молекулы ДНК образуется две новые молекулы, которые являются точной копией исходной молекулы- матрицы. Каждая новая молекула состоит из двух цепей – одной из родительских и одной из сестринских. Такой механизм репликации ДНК называется полуконсервативным.

Реакции, в которых одна молекула гетерополимера служит матрицей (формой) для синтеза другой молекулы гетерополимера с комплементарной структурой, называются реакциями матричного типа.

Если в ходе реакции образуются молекулы того же вещества, которое служит матрицей, то реакция называется автокаталитической.

Если же в ходе реакции на матрице одного вещества образуются молекулы другого вещества, то такая реакция называется гетерокаталитической.

Таким образом, репликация ДНК (то есть синтез ДНК на матрице ДНК) являетсяавтокаталитической реакцией матричного синтеза.

 

Кроме репликации ДНК к реакциям матричного типа относятся транскрипция ДНК (синтез РНК на матрице ДНК) и трансляция РНК (синтез белков на матрице РНК). Существуют и другие реакции матричного типа, например, синтез РНК на матрице РНК и синтез ДНК на матрице РНК. Два последних типа реакций наблюдаются при заражении клетки определенными вирусами. Синтез ДНК на матрице РНК (обратная транскрипция) широко используется в генной инженерии.

 

Все матричные процессы состоят из трех этапов:

• инициации (начала),
• элонгации (продолжения)
• терминации (окончания).

Репликация ДНК – это сложный процесс, в котором принимает участие несколько десятков ферментов. К важнейшим из них относятся ДНК-полимеразы (несколько типов), праймазы, топоизомеразы, лигазы и другие.

 

 

 

Схематическое изображение процесса репликации, цифрами отмечены: (1) запаздывающая нить, (2) лидирующая нить, (3) ДНК полимераза (Polα), (4) ДНК лигаза, (5) РНК праймер, (6) ДНК праймаза, (7) фрагмент Оказаки, (8) ДНК полимераза (Polδ), (9) хеликаза, (10) одиночная нить со связанными белками, (11) топоизомераза

 

 

 

Репликация ДНК – процесс матричный. Так как две цепочки молекулы ДНК комплементарны друг другу (т.е. азотистые основания дополняют друг друга), то каждая из них может служить шаблоном или матрицей для построения новых цепей.

 

Для удвоения ДНК необходимы:

материал, из которого будут строиться новые молекулы ДНК;

энергия, т.е. молекулы АТФ;

ферменты;

матрица – основа, по которой строятся новые полинуклеотидные цепочки.

 

1. Реплицируется не одна, а обе цепи ДНК каждой хромосомы.

2. Обе цепи ДНК реплицируются полностью — от одного конца до другого

3. ДНК-полимераза представляет собой комплекс основных ферментов репликации. Этот комплекс прикрепляется к ДНК и начинает двигаться вдоль нее. ДНК-полимеразы последовательно наращивают одноцепочечную цепь ДНК, шаг за шагом присоединяя к ней следующие звенья в направлении от 5'-концу к 3'-концу, причем выбор очередного дНТФ диктуется матрицей.Другой фермент — ДНК-лигаза, который катализирует образование связей между соседними нуклеотидами, используя для этого энергию фосфатных связей. ДНК-лигазы сшивают дезоксирибонуклеотиды в цепочку

4. Дочерние цепи ДНК начинают формироваться одновременно в сотнях участков обеих родительских цепей. Впоследствии концы отдельных сегментов вновь синтезированной ДНК сшиваются ферментом ДНК-лигазой. Репликация происходит путем непрерывного роста нуклеотида за нуклеотидом обеих новых цепей по мере перемещения репликационной вилки; при этом, поскольку две цепи в спирали ДНК антипараллельны, о матрица считывается ДНК-полимеразой в направлении 3'–5'. Ссинтез ДНК происходит непрерывно только на одной из матричных цепей. На второй матричной цепи ДНК синтезируется сравнительно короткими фрагментами (длиной от 100 до 1000 нуклеотидов, в зависимости от вида), названными по имени обнаружившего их ученого фрагментами Оказаки. Вновь образованная цепь, которая синтезируется непрерывно, называется ведущей, а другая, собираемая из фрагментов Оказаки, – отстающей. Синтез каждого из этих фрагментов начинается с РНК-затравки. Через некоторое время РНК-затравки удаляются, бреши застраиваются ДНК-полимеразой и фрагменты сшиваются в одну непрерывную цепь ДНК специальным ферментом. Это так называемый прерывистый синтез ДНК

(другой учебник) Главная проблема при репликации ДНК заключается в том, что в разных цепях одной молекулы остатки фосфорной кислоты направлены в разные стороны, но наращивание цепей может происходить только с того конца, который заканчивается группой ОН. Поэтому в реплицируемом участке, который называется вилкой репликации, процесс репликации протекает на разных цепях по-разному. На одной из цепей, которая называется ведущей, происходит непрерывный синтез ДНК на матрице ДНК. На другой цепи, которая называется запаздывающей, вначале происходит связывание праймера - специфического фрагмента РНК. Праймер служит затравкой для синтеза фрагмента ДНК, который называется фрагментом Оказаки. В дальнейшем праймер удаляется, а фрагменты Оказаки сшиваются между собой в единую нить фермента ДНК–лигазы.)

 

5. Каждая вновь синтезированная цепь ДНК остается прикрепленной посредством слабых водородных связей к родительской цепи, используемой в качестве матрицы. Впоследствии обе цепи ДНК вместе скручиваются в спираль.

6. Каждая цепь ДНК имеет длину около 6 см и состоит из миллионов витков, поэтому раскрутить две цепи без специального механизма было бы невозможно. Это достигается с помощью ферментов, которые регулярно разрезают каждую спираль по всей длине, поворачивают ее фрагменты так, чтобы они могли расплестись, и затем вновь восстанавливают целостность каждой спирали. Так возникают две новые спирали.

 

 

СМ НИЖЕ РИСУНОК Репликация ДНК. А. Вилка репликации. Новая нить ДНК синтезируется только в направлении от 5'- к З'-концу. Каждая из двух нитей ДНК служит матрицей для синтеза новой нити. Так как родительские нити антипараллельны, то непрерывная репликация ДНК происходит в направлении 5' -> 3' только на одной нити, которая называется ведущей (лидирующей). Б. Синтез новой цепи на отстающей нити требует постоянного образования новых затравок для начала репликации и осуществляется небольшими сегментами по 1000—2000 нуклеотидов в каждом (фрагменты Оказаки). Заправки представляют собой короткие последовательности РНК, которые синтезируются при участии РНК-полимеразы (праймазы). Затравки деградируют после завершения синтеза следующего фрагмента Оказаки. Образованные соседние фрагменты ДНК соединяются ДНК-лигазой. В. Показано, как происходит движение репликативной вилки. Топоизоме-раза удаляет супервитки спирали, хеликаза обеспечивает раскручивание двойной спирали, белок SSB обеспечивает стабильность одноцепочечной ДНК

 

 

 

Репликация ДНК сопровождается репарацией - исправлением ошибок, неизбежно возникающих при репликации.

Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации.

 

 

РНК – это нуклеиновая кислота, мономерами которой являются рибонуклеотиды.

Нуклеиновые кислоты (РНК) — нуклеиновые кислоты, полимеры нуклеотидов, в состав которых входят остаток ортофосфорной кислоты, рибоза (в отличие от ДНК, содержащей дезоксирибозу) и азотистые основания — аденин, цитозин, гуанин и урацил (в отличие от ДНК, содержащей вместо урацила тимин). Эти молекулы содержатся в клетках всех живых организмов, а также в некоторых вирусах.

 

Нуклеотиды РНК состоят из сахара — рибозы, к которой в положении 1' присоединено одно из оснований: аденин, гуанин, цитозин или урацил. Фосфатная группа соединяет рибозы в цепочку, образуя связи с 3' атомом углерода одной рибозы и в 5' положении другой. Фосфатные группы при физиологическом рН отрицательно заряжены, поэтому РНК — полианион. РНК транскрибируется как полимер четырёх оснований (аденина (A), гуанина (G), урацила (U) и цитозина (C)), но в «зрелой» РНК есть много модифицированных оснований и сахаров Всего в РНК насчитывается около 100 разных видов модифицированных нуклеозидов.Азотистые основания в составе РНК могут образовывать водородные связи между цитозином и гуанином, аденином и урацилом, а также между гуанином и урацилом. Однако возможны и другие взаимодействия, например, несколько аденинов могут образовывать петлю, или петля, состоящая из четырёх нуклеотидов, в которой есть пара оснований аденин — гуанин

Важная структурная особенность РНК, отличающая её от ДНК — наличие гидроксильной группы в 2' положении рибозы, которая позволяет молекуле РНК существовать в А, а не В-конформации, наиболее часто наблюдаемой у ДНК У А-формы глубокая и узкая большая бороздка и неглубокая и широкая малая бороздка. Второе последствие наличия 2' гидроксильной группы состоит в том, что конформационно пластичные, то есть не принимающие участие в образовании двойной спирали, участки молекулы РНК могут химически атаковать другие фосфатные связи и их расщеплять

Рабочая форма одноцепочечной молекулы РНК, как и у белков, часто обладает третичной структурой. Третичная структура образуется на основе элементов вторичной структуры, образуемой с помощью водородных связей внутри одной молекулы. Различают несколько типов элементов вторичной структуры — стебель-петли, петли и псевдоузлы. В силу большого числа возможных вариантов спаривания оснований предсказание вторичной структуры РНК — гораздо более сложная задача, чем предсказание вторичной структуры белков, но в настоящее время есть эффективные программы.

 

Клеточные РНК образуются в ходе процесса, называемого транскрипцией, то есть синтеза РНК на матрице ДНК, осуществляемого специальными ферментами — РНК-полимеразами. Затем матричные РНК (мРНК) принимают участие в процессе, называемом трансляцией. Трансляция — это синтез белка на матрице мРНК при участии рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим модификациям, и после образования вторичной и третичной структур выполняют функции, зависящие от типа РНК.

Для одноцепочечных РНК характерны разнообразные пространственные структуры, в которых часть нуклеотидов одной и той же цепи спарены между собой. Некоторые высокоструктурированные РНК принимают участие в синтезе белка клетки, например, транспортные РНК служат для узнавания кодонов и доставки соответствующих аминокислот к месту синтеза белка, а рибосомные РНК служат структурной и каталитической основой рибосом.

Однако функции РНК в современных клетках не ограничиваются их ролью в трансляции. Так малые ядерные РНК принимают участие в сплайсинге эукариотических матричных РНК и других процессах.

Помимо того, что молекулы РНК входят в состав некоторых ферментов (например, теломеразы) у отдельных РНК обнаружена собственная энзиматическая активность, способность вносить разрывы в другие молекулы РНК или, наоборот, «склеивать» два РНК-фрагмента. Такие РНК называются рибозимами.

Геномы ряда вирусов состоят из РНК, то есть у них она играет роль, которую у высших организмов выполняет ДНК. На основании разнообразия функций РНК в клетке была выдвинута гипотеза, согласно которой РНК — первая молекула, которая была способна к самовоспроизведению в добиологических системах.

 

 

Многие типы РНК, например, рРНК и мяРНК в клетке функционируют в виде комплексов с белками, которые ассоцииируют с молекулами РНК после их синтеза или (у эукариот) экспорта из ядра в цитоплазму. Такие РНК-белковые комплексы называются рибонуклеопротеиновыми комплексами или рибонуклеопротеидами.

В клетках обнаруживается три основных типа РНК, выполняющих различные функции:

1. Информационная или матричная РНК (иРНК, или мРНК). Составляет 5% клеточной РНК. Служит для передачи генетической информации от ДНК на рибосомы при биосинтезе белка. В эукариотических клетках иРНК (мРНК) стабилизирована с помощью специфических белков. Это делает возможным продолжение биосинтеза белка даже в том случае, если ядро неактивно.

2. Рибосомная или рибосомальная РНК (рРНК). Составляет 85% клеточной РНК. Входит в состав рибосом, определяет форму большой и малой рибосомных субъединиц, обеспечивает контакт рибосомы с другими типами РНК.

3. Транспортная РНК (тРНК). Составляет 10% клеточной РНК. Транспортирует аминокислоты к соответствующему участку иРНК в рибосомах. Каждый тип тРНК транспортирует определенную аминокислоту.

4. Минорные (малые) РНК.

Это молекулы РНК, чаще всего с небольшой молекулярной массой, располагающиеся в различных участках клетки (мембране, цитоплазме, органеллах, ядре и т.д.). Их роль до конца не изучена. Доказано, что они могут помогать созреванию рибосомной РНК, участвуют в переносе белков через мембрану клетки, способствуют редупликации молекул ДНК и т.д.

5. Рибозимы.

Недавно выявленный вид РНК, принимающие активное участие в ферментативных процессах клетки в качестве фермента (катализатора).

6. Вирусные РНК.

Любой вирус может содержать только один вид нуклеиновой кислоты: либо ДНК либо РНК. Соответственно, вирусы, имеющие в своём составе молекулу РНК, получили название РНК-содержащие. При попадании в клетку вируса данного типа может происходить процесс обратной транскрипции (образование новых ДНК на базе РНК), и уже вновь образовавшаяся ДНК вируса встраивается в геном клетки и обеспечивает существование, а также размножение возбудителя. Вторым вариантом сценария является образование комплиментарной РНК на матрице поступившей вирусной РНК. В этом случае, образование новых вирусных белков, жизнедеятельность и размножение вируса происходит без участия дезоксирибонуклеиновой кислоты только на основании генетической информации, записанной на вирусной-РНК.

 

 

Кроме того, в клетках имеются и другие типы РНК, выполняющие вспомогательные функции.

Все типы РНК образуется в результате реакций матричного синтеза. В большинстве случаев матрицей служит одна из цепей ДНК. Таким образом, синтез РНК на матрице ДНК является гетерокаталитической реакцией матричного типа. Этот процесс называется транскрипцией и контролируется определенными ферментами – РНК–полимеразами (транскриптазами).

«Сравнительная характеристика ДНК и РНК»

Признаки	ДНК	РНК
Местонахождение в клетке	Ядро, митохондрии, хлоропласты. Цитоплазма у прокариот	Ядро, рибосомы, цито­плазма, митохондрии, хлоропласты
Местонахождение в ядре	Хромосомы	Ядрышко ядрышковых хромосом
Строение макромолекулы	Двойной неразветвлен­ный линейный полимер, свернутый правозакру-ченной спиралью, свя­зи — водородные	Одинарная полинуклео-тидная цепочка
Мономеры	Дезоксирибонуклеотиды	Рибонуклеотиды
Состав нуклеотида	Азотистое основание (пуриновое – аденин, гуарин, пиримидиновое – Тимин, цитозин); дезоксирибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты	Азотистое основание (пуриновое – аденин, гуанин, пиримидиновое – урацил, цитозин); рибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты
Типы нуклеотидов	Адениловый (А), гуаниловый (Г), тимидиловый (Т), цитидиловый (Ц)	Адениловый (А), гуаниловый (Г), уридиловый (У), цитидиловый (Ц)
Свойства	Способна к самоудовлетворению по принципу комплементарности (редупликации): А=Т, Т=А, Г=Ц, Ц=Г. Стабильна	Не способна к самоудовлетворению. Лабильна. (Генетическая РНК вирусов способна к редупликации)
Функции	Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК; синтез РНК; информация о структуре белков	Информационная (иРНК) - передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы; рибосомальная (рРНК) – входит в состав рибосом; транспортная (тРНК) - переносит аминокислоты к рибосомам; митохондриальная и пластидная- входят в состав рибосом этих органелл

 

 

Углеводы.

Углеводороды или сахара - это органические вещества, состав которых может быть описан формулой C_n(H₂O)_m. К углеводам относятся моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

 

 

Благодаря обилию полярных (гидроксильных, карбонильной и др.) групп в молекулах моносахаридов они хорошо растворимы в воде и нерастворимы в неполярных органических растворителях (бензоле, петролейном эфире и др.). Способность к таутомерным превращениям обычно затрудняет кристаллизацию моносахаридов. Если такие превращения невозможны, как в гликозидах или олигосахаридах типа сахарозы, вещества кристаллизуются легко. Многие гликозиды с малополярными агликонами (например, сапонины) проявляют свойства поверхностно-активных соединений. Полисахариды являются гидрофильными полимерами, молекулы которых способны к ассоциации с образованием высоковязких растворов (растительной слизи, гиалуроновая кислота); при определённом соотношении свободных и ассоциированных участков молекул полисахариды дают прочные гели (агар, пектиновые вещества). В отдельных случаях молекулы полисахаридов образуют высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, нерастворимые в воде (целлюлоза, хитин).

 

Роль углеводов в живых организмах чрезвычайно многообразна:

1. В растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза и служат исходными соединениями для биосинтеза разнообразных гликозидов, полисахаридов, а также веществ др. классов (аминокислот, жирных кислот, полифенолов и т.д.). Эти превращения осуществляются соответствующими ферментными системами, субстратами для которых служат, как правило, богатые энергией фосфорилированные производные сахаров, главным образом нуклеозиддифосфатсахара. Углеводы запасаются в виде крахмала в высших растениях, в виде гликогена в животных, бактериях и грибах и служат энергетическим резервом для жизнедеятельности организма.

2. В виде гликозидов в растениях и животных осуществляется транспорт различных продуктов обмена веществ.

3. Многочисленные полисахариды или более сложные углеводсодержащие полимеры выполняют в живых организмах опорные функции. Жёсткая клеточная стенка у высших растений построена из целлюлозы и гемицеллюлоз, у бактерий — из пептидогликана; в построении клеточной стенки грибов и наружного скелета членистоногих принимает участие хитин.

4. В организме животных и человека опорные функции выполняют сульфатированные мукополисахариды соединительной ткани, свойства которых позволяют обеспечить одновременно сохранение формы тела и подвижность отдельных его частей; эти полисахариды также способствуют поддержанию водного баланса и избирательной катионной проницаемости клеток. Аналогичные функции в морских многоклеточных водорослях выполняют сульфатированные галактаны (красные водоросли) или более сложные сульфатированные гетерополи-сахариды (бурые и зелёные водоросли); в растущих и сочных тканях высших растений аналогичную функцию выполняют пектиновые вещества.

5. Особенно важную и до конца ещё не изученную роль играют сложные углеводы в образовании специфических клеточных поверхностей и мембран. Так, гликолипиды — важнейшие компоненты мембран нервных клеток, липополисахариды образуют наружную оболочку грамотрицательных бактерий. Углеводы клеточных поверхностей часто определяют явление иммунологической специфичности, что строго доказано для групповых веществ крови и ряда бактериальных антигенов. Имеются данные, что углеводные структуры принимают участие также в таких высокоспецифичных явлениях клеточного взаимодействия, как оплодотворение, «узнавание» клеток при тканевой дифференциации и отторжении чужеродной ткани и т.д.

 

Биологическое значение углеводов:

1. Углеводы выполняют структурную функцию, то есть участвуют в построении различных клеточных структур (например, клеточных стенок растений).

2. Углеводы выполняют защитную роль у растений (клеточные стенки, состоящие из клеточных стенок мертвых клеток защитные образования — шипы, колючки и др.).

3. Углеводы выполняют пластическую функцию — хранятся в виде запаса питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК.

4. Углеводы являются основным энергетическим материалом. При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.

5. Углеводы участвуют в обеспечении осмотического давления и осморегуляции. Так, в крови содержится 100—110 мг/% глюкозы. От концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.

6. Углеводы выполняют рецепторную функцию — многие олигосахариды входят в состав воспринимающей части клеточных рецепторов или молекул-лигандов.

 

Суточная потребность:

Липиды

Липиды - это сборная группа органических веществ, которые плохо растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических (неполярных) растворителях. В молекулах липидов имеются неполярные (углеводородные) и полярные (–СООН, –ОН, –NH₂) участки. Неполярные участки не смачиваются водой и называются гидрофобными. Полярные участки смачиваются водой и называются гидрофильными.

К липидам относятся триглицериды, фосфолипиды, стероиды, терпены, воски и некоторые другие вещества.

 

 

 

1 — триглицерид; 2 — сложноэфирная связь; 3 — ненасыщенная жирная кислота;

4 — гидрофильная головка; 5 — гидрофобный хвост.

 

 

Триглицериды – сложные эфиры глицерина и жирных кислот С₁₄–С₂₂. Глицериновая «головка» – это гидрофильная часть, которая хорошо смачивается водой; углеводородные «хвосты» (остатки жирных кислот) – это гидрофобная часть, которая плохо смачивается водой. Если в составе триглицеридов преобладают остатки насыщенных жирных кислот (без связей –СН=СН–), то образуются твердые тугопла