Остаток фосфорной кислоты

Химический состав живых организмов

Элементный состав

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах — атомном и молекулярном. Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотно­шение молекул веществ.

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы:

/. Макроэлементы — О, С, Н, N (в сумме около 98—99 %, их еще называют основные); Са, К, Si, Mg, P, S, Na, CI, Fe (в сумме

около 1—2%). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов.

2. Микроэлементы — Mn, Co, Zn, Си, В, I, F и др. Их суммарное содержание в клетке составляет порядка 0,1%.

3. Ультрамикроэлементы — Se, U, Hg, Ra, Au, Ag и др. Их содер­жание в клетке очень незначительно (менее 0,01 %), а физио­логическая роль большинства из них не раскрыта.

Химические элементы, которые входят в состав живых организ­мов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтож­но малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни

Молекулярный состав

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и мо­лекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорга­нические вещества в клетке — вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества — углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Вода

Вода— преобладающий компонент всех живых организмов. Она обладает уникальными свойствами благодаря особенностям строе­ния: молекулы воды имеют форму диполя и между ними образуются водородные связи. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95 % всей воды клетки) и связанной (4—5 % связаны с белками).

Функции воды:

1. Вода — растворитель.

2. Вода — реагент.

3. Транспортная функция.

4. Вода — термостабилизатор и терморегулятор.

5. Структурная функция.

УглеводыУглеводы — органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых Сахаров. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1—5 %, а в некоторых клетках растений достигает 70%. Выделяют три группы углеводов: моносахариды (или простые сахара), олигосахариды (состоят из 2—10 молекул простых Сахаров), полисахариды (состоят более чем из 10 молекул сахаров).

Моносахариды: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза. Олигосахариды: мальтоза, лактоза, сахароза. Полисахариды: целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин.

Функции углеводов:

1. Энергетическая (глюкоза).

2. Запасающая (крахмал и гликоген).

3. Строительная, или структурная (целлюлоза, хитин).

4. Рецепторная (гликопротеины).

Липиды

Липиды — жиры и жироподобные органические соединения, практически нерастворимые в воде. Их содержание в разных клет­ках сильно варьирует: от 2—3 до 50—90 % в клетках семян растений и жировой ткани животных. В химическом отношении липиды, как правило, сложные эфиры жирных кислот и ряда спиртов. Они делят­ся на несколько классов. Наиболее распространены в живой природе нейтральные жиры, воски, фосфолипиды, стероиды. В состав большин­ства липидов входят жирные кислоты, молекулы которых содержат гидрофобный длинноцепочечный углеводородный «хвост» и гидро­фильную карбоксильную группу.

Функции липидов:

1. Строительная, или структурная (фосфолипиды, холестерин).

2. Гормональная, или регуляторная (тестостерон, прогестерон, кортизон).

3. Энергетическая.

4. Запасающая.

5. Защитная.

6. Участие в метаболизме (витамин D).

Белки

Белки — это биологические гетерополимеры, мономерами кото­рых являются аминокислоты. В образовании белков участвуют только 20 аминокислот. Они называются фундаментальными, или основны­ми. Некоторые из аминокислот не синтезируются в организмах жи­вотных и человека и должны поступать с растительной пищей (они называются незаменимыми). Аминокислоты, соединяясь друг с дру­гом ковалентными пептидными связями, образуют различной длины пептиды.

Выделяют 4 уровня организации белков:

Первичная структура— последовательность аминокислот в по­липептидной цепи. Она образуется за счет ковалентных пептидных связей между аминокислотными остатками.

Вторичная структураобразуется укладкой полипептидных цепей в α-спираль или

β-структуру. Она поддерживается за счет водород­ных связей между атомами водорода групп NH- и атомами кисло­рода групп СО—, α-спиральформируется в результате скручивания полипептидной цепи в спираль с одинаковыми расстояниями между витками. Она характерна для глобулярных белков, имеющих сфериче­скую форму глобулы, β-структура представляет собой продольную укладку трех полипептидных цепей. Она характерна для фибрилляр­ных белков, имеющих вытянутую форму фибриллы. Третичная и чет­вертичная структуры имеют только глобулярные белки.

Третичная структураобразуется при сворачивании спирали в клу­бок (глобулу, домен). Домены — глобулоподобные образования с гид­рофобной сердцевиной и гидрофильным наружным слоем. Третич­ная структура формируется за счет связей, образующихся между радикалами R-аминокислот, за счет ионных, гидрофобных и диспер­сионных взаимодействий, а также за счет образования дисульфидных (S—S) связей между радикалами цистеина.

Четвертичная структурахарактерна для сложных белков, состоя­щих из двух и более полипептидных цепей, не связанных ковалент-ными связями, а также для белков, содержащих небелковые ком­поненты (ионы металлов, коферменты). Четвертичная структура поддерживается такими же химическими связями, как итретичная.

Утрата белковой молекулой своей структурной организации на­зывается денатурацией.

По химическому составу различают простые и сложные белки. Простые белки состоят только из аминокислот. Сложные белки со­держат белковую часть и небелковую — простетические группы.

Функции белков:

1. Каталитическая, или ферментативная (все ферменты).

2. Строительная, или структурная (кератины, коллаген, эластин).

3. Транспортная (гемоглобин).

4. Гормональная, или регуляторная (инсулин).

5. Защитная (иммуноглобулины).

6. Сократительная, или двигательная (актин и миозин).

7. Рецепторная (сигнальная).

8. Энергетическая.

Нуклеиновые кислоты

Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Нуклеино­вые кислоты — полимеры, мономерами которых служат нуклеотиды. Нуклеотиды ДНК и РНК состоят из следующих компонентов:

1. Азотистое основание(в ДНК: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК: аденин, гуанин, цитозин и урацил).

2. Сахар-пентоза (в ДНК — дезоксирибоза, в РНК — рибоза).

Остаток фосфорной кислоты.

ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты)— длинноцепочечный не-разветвленный полимер, состоящий из четырех типов мономеров — нуклеотидов А, Т, Г и Ц — связанных друг с другом ковалентной свя­зью через остатки фосфорной кислоты.

Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей (двойная спираль). При этом аденин образует 2 водородные связи с тимином, а гуанин — 3 связи с цитозином. Эти пары азотистых ос­нований называют комплементарными.

Связываясь с белками, молекула ДНК образует хромосому. Хромо­сома — комплекс одной молекулы ДНК с белками. Молекулы ДНК эукариотических организмов (грибов, растений и животных) линей­ны, незамкнуты, связаны с белками, образуя хромосомы. У прока­риот (бактерий) ДНК замкнута в кольцо, не связана с белками, не образует линейную хромосому.

Функция ДНК:хранение, передача и воспроизведение в ряду по­колений генетической информации. ДНК определяет, какие белки и в каких количествах необходимо синтезировать.

РНК (рибонуклеиновые кислоты)вместо дезоксирибозы содержат рибозу, а вместо тимина — урацил. РНК, как правило, имеют лишь одну цепь, более короткую, чем цепи ДНК. Двуцепочечные РНК встречаются у некоторых вирусов.

Виды РНК:

Информационная (матричная) РНК — иРНК (или мРНК).

Транспортная РНК — тРНК.

Рибосомная РНК — рРНК.

Функции РНК:участие в биосинтезе белков.

Молекулы ДНК обладают способностью, неприсущей ни одной другой молекуле, — способностью к удвоению. Процесс удвоения молекул ДНК называется репликацией. Воснове репликации лежит принцип комплементарности — образование водородных связей между нуклеотидами А и Т, Г и Ц.