Тема 3. 08. Молекулярные основы жизни

 

Полипептиды как предшественники белков –

Аминокислоты – мономеры белковсостоят из остатков аминокислот, соединенных пептидной (амидной) связью. Являются более короткими соединениями чем белки и более устойчивыми. Из них состоят гормоны – вещества, являющиеся важнейшими биорегуляторами в организме.

Белки как высокомолекулярные соединения с особым комплексом свойств - -белки - сложные органические соединения (биополимеры), состоящие из углерода, водорода, кислорода и азота (иногда серы), мономерами которых являются аминокислоты.

Уровни организации белковой молекулы (первичная, вторичная, третичная, четвертичная) - Различают четыре уровня организации белковых молекул.

Первичной структурой называют последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Все белки различаются по первичной структуре, потенциально их возможное число практически неограничено.

Вторичная структура белка – это -спираль, которая образуется в результате скручивания полипептидной цепи за счет водородных связей между группами: ―C― и ―N― .

║ ║

O H

В одном витке спирали обычно содержится 3,6 аминокислотных остатка, шаг спирали – 0,544 нм.

Под третичной структурой белка понимают расположение его полипептидной цепи в пространстве. Существенное влияние на формирование третичной структуры оказывают размер, форма и полярность аминокислотных остатков. Третичная структура многих белков составляется из нескольких компактных глобул, называемых доменами. Между собой домены обычно бывают связаны тонкими перемычками – вытянутыми полипептидными цепями.

Термин четвертичная структура относится к макромолекулам, в состав которых входит несколько полипептидных цепей (субъединиц), не связанных между собой ковалентной связью. Между собой эти субъединицы соединяются водородными, ионными, гидрофобными и другими связями. Примером может служить макромолекула гемоглобина.

 

Функции белков:

с т р у к т у р н а я (строительная) функция: белки входят в состав клеточных мембран и органелл клетки, из белков состоят стенки кровеносных сосудов, хрящи, сухожилия высших животных.

· д в и г а т е л ь н а я функция - присуща особым сократительным белкам, которые обусловливают сокращение мускулатуры, перемещение хромосом при делении клетки, движение органов растений и т.д.

· т р а н с п о р т в е щ е с т в - белки связывают и переносят с током крови многие химические соединения (гемоглобин, переносящий кислород в крови, миоглобин - в мышцах и др.)

· з а щ и т н а я функция - при проникновении в клетку чужеродных тел вырабатываются особые белки - иммуноглобулины (антитела), которые нейтрализуют чужеродные тела и осуществляют иммунологическую защиту организма

· с и г н а л ь н а я функция - в поверхностную мембрану клетки встроены белки, способные изменять третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды - прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку

· р е г у л я т о р н а я функция - свойственна белкам-гормонам, оказывающим влияние на обмен веществ: поддержание постоянных концентраций веществ в крови (например, инсулин снижает содержание сахара), рост, размножение и т.д.

· к а т а л и т и ч е с к а я функция - регулирование биохимических процессов белками-ферментами

э н е р г е т и ч е с к а я функция - белки являются энергетическим материалом: при их расщеплении выделяется определенное количество энергии.

Липиды и их функции -липиды – это жирные кислоты и их производные; липопротеиды (ЛП) – высоко молекулярные водорастворимые частицы, представляющие собой комплекс белка и липида, образованный нековалентными связями, в котором белки совместно с полярными липидами формируют поверхностный гидрофильный слой, окружающий и защищающий внутреннюю гидрофобную липидную сферу от водной сферы и обеспечивающий транспорт липидов в кровяном русле и доставку их в органы и ткани. Согласно этому определению, одним из признаков ЛП является наличие в них наружного гидрофильного белково – липидного слоя и липидной гидрофобной сферы (ядра).

Углеводы и их функции: энергетическая, структурная – Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями, входящими в состав живых организмов. У человека и животных углеводы выполняют важные функции: энергетическую (главный вид клеточного топлива), структурную (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур) и защитную (участие углеводных компонентов иммуноглобулинов в поддержании иммунитета).

 

Нуклеотиды – мономеры нуклеиновых кислот – органические вещества, состоящие из пуринового или пиримидинового основания, углевода и одного или нескольких остатков фосфорной кислоты, составная часть нуклеиновых кислот и коферментов, многих ферментов.

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) - ДНК, РНК – они же полинуклеотиды, постоянная и необходимая составная часть всех живых систем, которым принадлежит ведущая роль в биосинтезе белков и передаче наследственных признаков организма.

Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин -в ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК,

Комплементарность, комплементарные пары азотистых оснований - азотистые основания одной из цепей ДНК соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином, гуанин — только с цитозином.

Комплементарность цепей ДНК – основа важнейших функций: хранения и передачи наследственной информации -В случае нуклеиновых кислот — как олиго- так и полинуклеотидов азотистые основания нуклеотидов способны вследствие образования водородных связей формировать парные комплексы аденин—тимин (или урацил в РНК) и гуанин—цитозин при взаимодействии цепей нуклеиновых кислот. Такое взаимодействие играет ключевую роль в ряде фундаментальных процессов хранения и передачи генетической информации: репликации ДНК, обеспечивающей передачу генетической информации при делении клетки, транскрипции ДНК в РНК при синтезе белков, кодируемых ДНК гена, хранении генетической информации в двух цепочечной ДНК и процессах репарации ДНК при её повреждении.

Функции нуклеиновых кислот и процессы редупликации, транскрипции, трансляции - транскри́пция — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК и трансляции (синтез белков на РНК-матрице).

Генетический код -система зашифровки наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, реализующаяся у животных, растений, бактерий и вирусов.

Кодон -кодирующая единица, набор из 3 нуклеотидов (триплет), определяющий место данной аминокислоты в синтезируемой под контролем гена полипептидной цепи. К. - единица генетического кода, с помощью которого в молекулах ДНК и РНК "записана" вся генетическая информация. Для многих аминокислот существует более одного К. (так называемая вырожденность кода). Три К. не кодируют аминокислот, а определяют место начала или обрыва синтеза полипептидной цепи.

Свойства генетического кода: триплетность, вырожденность, однозначность, универсальность, отсутствие знаков препинания между триплетами (кодонами) Свойственная всем живым организмам единая система «записи» генетической информации в виде последовательности нуклеотидов, в которой каждые 3 нуклеотида – кодон – определяют одну молекулу аминокислоты. Свойства генетического кода: триплетность: 3 нуклеотида (триплет, кодон) – 1 аминокислота, неперекрываемость (кодоны одного гена не перекрываются, хотя в настоящее время известны и перекрывающиеся гены), вырожденность (кодирование одной аминокислоты несколькими триплетами), однозначность (каждый кодон кодирует только одну аминокислоту), универсальность (хотя имеются и исключения)/